EP1682749B1 - Rotary piston thermal engine device - Google Patents
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- EP1682749B1 EP1682749B1 EP03775090A EP03775090A EP1682749B1 EP 1682749 B1 EP1682749 B1 EP 1682749B1 EP 03775090 A EP03775090 A EP 03775090A EP 03775090 A EP03775090 A EP 03775090A EP 1682749 B1 EP1682749 B1 EP 1682749B1
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- pistons
- rotary piston
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- F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
- F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
- F01C1/02—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
- F01C1/063—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents with coaxially-mounted members having continuously-changing circumferential spacing between them
- F01C1/077—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents with coaxially-mounted members having continuously-changing circumferential spacing between them having toothed-gearing type drive
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- F01C11/00—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type
- F01C11/002—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type of similar working principle
- F01C11/004—Combinations of two or more machines or engines, each being of rotary-piston or oscillating-piston type of similar working principle and of complementary function, e.g. internal combustion engine with supercharger
Definitions
- the invention relates to a rotary piston heat engine device composed of two units, each with two mutually movably mounted pistons, which are rotatably mounted in each case a cylinder, wherein the longitudinal axes of the piston and the cylinder are collinear, and the pistons are mounted so that they are mutually movable, wherein a plurality of effective displacements between each two radial interfaces of the two respective pistons is formed, which perform during operation of the motor with respect to each other a swinging motion, wherein at least one means is provided which causes the swinging motion to a circular movement of both Flask is superimposed, each unit containing a respective rotational force output device driving shaft, and wherein a heater, a heat storage device and a cooling device in Connection are provided with a pipe system through which inlet slots and outlet slots of the cylinder displacements of the units are interconnected.
- Wankel engines As rotary engines, for example Wankel engines are known. In these motors, a piston formed with a plurality of rounded surfaces is mounted in a cylinder whose inner wall is not circular, but has a plurality of concave recesses. The combustion chambers of this engine are in each case formed between the rounded surfaces of the piston and corresponding recesses of the cylinder.
- the disadvantage of the Wankel engine is mainly its complicated assembly, which requires a high production cost. Another problem is the sealing of the engine. Even very small leaks lead to a reduction in engine performance, an increase in the toxic components in the exhaust gases and increased fuel and oil consumption.
- a rotary engine of the aforementioned type is known from DE 197 40 133.3-15.
- This rotary engine has a displacement which is increased over that of the Wankel engine and has the advantage that its combustion chambers are easily sealed, easily filled and emptied, and the expansion energy of the combustion gases or working gases to a high proportion of kinetic Energy is being transformed.
- Stirling engines are known in the prior art. These are heat engines in which at least one piston reciprocally mounted in a cylinder moves through gases is whose temperature is cyclically changed by a heater, a heat storage device and a cooling device.
- a disadvantage of such engines are heat losses due to the cyclic temperature changes of the gases in connection with difficult to produce sealability of the gases, due to the prevailing in the engines high pressures.
- the life of such engines is also very limited due to high load and associated rapid wear of the engine components.
- the efficiency of most previously known Stirling engines is also limited by the efficiency of the regenerator in a physical way.
- the object of the invention is to develop a based on the principle of the Stirling engine rotary piston heat engine device of the type mentioned so that an adaptation to a plurality of different operating conditions such as different temperature and pressure conditions in the cylinders is possible, so that the applications of the Device are extended.
- This is equivalent to the task, a rotary piston heat engine device of the type mentioned in such a way that an increased efficiency is given at a predetermined operating condition, i. with the device according to the invention on the one hand a more effective operation over the known devices, on the other hand, but also an active control of engine performance is possible.
- this object is achieved in that a compensation element is provided, which in a possible phase shift at the timing of the two units causes a position compensation of the respective pistons of the two units, thereby causing an optimized phase response.
- the rotary piston heat engine device is characterized in that a compensation element is provided which causes a positional compensation of the respective pistons of the two units at a possible phase shift in the timing of the two units, thereby causing an optimized phase response, that a Device is provided, in which a torque shift between the two units is possible via a phase shift of the timing of the two units concerned.
- the device according to the invention further has the important advantage over the prior art that in a predetermined manner an arbitrary rotational angle positioning of a respective piston of the units is made possible, so as to obtain an optimization of the efficiency or the performance of the motor device.
- the engine according to the invention has a simpler structural design.
- no Parts such as valves, camshaft or crankshaft needed. All the main parts of the engine have easy to sand cylindrical surfaces and can be manufactured with high precision at low cost.
- the sealing of the engine also presents no problems. With conventional sealing elements, a virtually absolute tightness can be achieved. This makes it possible to reduce the manufacturing costs considerably.
- Other advantages of the engine are its small dimensions, a particularly effective design of a regenerator, the gas flow and the optimization possibilities by Hub Anthonys selectedungen, and targeted flow disturbances.
- the engine according to the invention is a rotary piston engine operating in a cyclic process, which can optionally be equipped with a plurality of work spaces.
- two units consisting of pistons, cylinders and cylinder end faces are connected to one another by a control device.
- two pistons each having two piston wings are provided in each unit of the engine according to the invention, wherein four working spaces are formed between the respective boundary surfaces of the total of four piston wings of each unit, and four double operations are provided in one revolution of the working shaft.
- the axis of the one piston is formed as a solid rod and the axis of the other piston formed as a hollow rod, whose clear diameter is dimensioned so that the solid rod of a piston is movably mounted in its collinear '.
- the device for effecting a circular motion superimposed on the oscillating motion (approximately 60 °) of the pistons preferably has six oval gearwheels whose main axes are arranged in pairs perpendicular to one another.
- two oval gearwheels each perpendicular to one another are preferably each assigned to one cylinder, and the two other oval gears arranged perpendicular to one another are assigned to a working shaft for outputting the engine power.
- the four oval gears of the cylinders are in each case connected to corresponding, each standing perpendicular to them standing oval gears of the working shaft.
- the axis of the one piston is connected to a first oval gear and the axis of the other piston is connected to a second oval gear
- said oval gears are collinear arranged behind one another and the main axes of these oval gears perpendicular to each other.
- the first and second oval gear are connected to each other via a third and fourth oval gear, wherein the third and fourth oval gear are collinear arranged on an axis, wherein the major axes of the third and fourth oval gear perpendicular to each other.
- a cylinder wall is provided which spans about 30 degrees, and provided between the same inlet slot of the Einlenseschlitzcrues and another outlet slot of the Auslenseschlitzcrues a cylinder wall, which also spans about 30 degrees.
- the respective angular position of the inlet openings is preferably provided so that they each coincide with the position of the respective displacement, which is formed by the respective boundary surfaces of the respective sections of the piston wings, so that a timely correct filling of the working chambers is effected.
- the respective angular position of the outlet openings is preferably so provided that it corresponds in each case with the position of the respective displacement, which is formed by the respective boundary surfaces of the respective sections of the piston wings, so that a timely emptying of the working chambers is effected.
- the four mutually movably mounted pistons are preferably rotatably mounted in two different cylinders.
- a bridging line between a hot line and a cold line of the motor according to the invention which can be activated or deactivated via a valve device.
- a pipe connections between the displacements is designed as a two-circuit system.
- the hot line and the cold line of the pipe system can be carried out separately in the engine according to the invention.
- the engine according to the invention can have the structural design of a valve-controlled Stirling engine without additional components.
- the working gas in the engine according to the invention preferably always assumes the same flow direction in a respective pipe section.
- the motor according to the invention can be used with the supply of mechanical energy as a heat pump.
- the motor according to the invention is also usable as a chiller with the supply of mechanical energy.
- the compensation element is in this case formed by a fixing device in which the respective driving a rotational force output device shafts of the units are mounted fixed in different positions, wherein in each of these positions a meshing of the gears of the torque output device is ensured with the respective gears of the waves.
- the fixing device is preferably of a gearbox or a holding plate is formed in which the respective driving the shaft of a torque output device of the units are mounted fixed in different positions, wherein in each of these positions a meshing of the gears of the torque output device is ensured with the respective gears of the waves.
- the respective shafts of the units driving a torque output device are preferably arranged at a fixed angle of 135 ° or 125 ° to each other, each shaft being associated with a respective bore A, A 'or B, B' for each of these angular arrangements.
- the compensating element is preferably formed as two displaceable rollers, which are arranged between the two rotational force output devices of the two units and drivingly connected via a toothed belt with the rotational force output means, wherein the displaceable rollers at mutually changeable distance in a direction perpendicular to the line connecting the rotational force output devices reciprocally are displaceable.
- the two sliding rollers can be designed in particular as eccentric rollers.
- a first inlet slot of a diametrically opposed first inlet slot pair of a first cylinder and a first outlet slot of a diametrically opposed first Auslrawschlitz preses the first cylinder 1 ° to 5 ° separated from each other and a second inlet slot of the diametrically opposed first inlet slot pair and a second outlet slot of the diametrically opposed first pair of outlet slots are separated at an angular distance of about 55 ° to 95 °.
- a first inlet slot of the diametrically opposed first inlet slot pair and a first outlet slot of the diametrically opposed first outlet slot pair are separated by 4 °.
- a second inlet slot of the diametrically opposed first inlet slot pair and a second outlet slot of the diametrically opposed first outlet slot pair are separated from each other at an angular distance of about 77 °.
- a first inlet slot of a diametrically opposed second inlet slot pair of a second cylinder and a first outlet slot of a diametrically opposed second pair of outlet slots of the second cylinder are spaced apart angularly from about 25 ° to 45 ° and a second inlet slot of the diametrically opposed second inlet slot pair and a second outlet slot of the diametrically opposed second outlet slot pair are angularly spaced from about 30 ° to 60 ° apart from each other to allow energy-optimized operation of the device according to the invention.
- a first inlet slot of the diametrically opposed second inlet slot pair and a first outlet slot of the diametrically opposed second outlet slot pair are separated by an angular distance of about 34 °.
- a second inlet slot of the diametrically opposed second inlet slot pair and a second outlet slot of the diametrically opposed second outlet slot pair are separated by an angular distance of about 47 °.
- the two units are arranged so that a part of the A device, from which the rotational force of the rotary piston engine is removable, operated by both units, and a heater, a heat storage device and a cooling device are provided in connection with a pipe system through which inlet slots and outlet slots of the displacements of the at least one cylinder of the units are interconnected ,
- the rotary piston heat engine device according to the invention is particularly suitable for use as a heat pump or as a cooling machine with the supply of rotational energy to the torque output devices.
- FIG. 1 to 10 are two pistons 1, 2 rotatably mounted in a cylinder 3, wherein the axes of symmetry 14, 15 of the piston 1, the piston 2 and the cylinder 3 are aligned collinear.
- the axis 6 of a piston 1 is formed as a solid rod 6, and the axis 7 of the other piston 2 is formed as a hollow rod, whose clear diameter is dimensioned so that the solid rod 6 is rotatably mounted in the hollow rod 7.
- the pistons 1, 2 each have boundary surfaces 10, 20, wherein between adjacent parts of opposing boundary surfaces 10, 20 are each predetermined equal distances. Between the respective Boundaries 10, 20, a plurality of effective displacement chambers 8, 9, 11, 12 is formed, which are bounded on the outside by the cylinder 3, and at the ends by the cylinder head 33 and the cover plate 30.
- two pistons 1 ', 2' are rotatably mounted in a cylinder 3 ', the axes of symmetry 14', 15 'of the piston 1', of the piston 2 '. and the cylinder 3 'are collinearly aligned.
- the axis 6 'of the one piston 1' is formed as a solid rod 6 ', and the axis 7' of the other piston 2 'is formed as a hollow rod whose diameter is dimensioned so that the solid rod 6' rotatable in the hollow rod. 7 'is stored.
- the pistons 1 ', 2' each have boundary surfaces 10 ', 20', wherein between adjacent parts of opposing boundary surfaces 10 ', 20' respectively equal distances are given. Between the respective boundary surfaces 10 ', 20' is a plurality of effective displacement chambers 8 ', 9', 11 ', 12' is formed, which outwardly through the cylinder 3 ', and at the ends by the cylinder head 33' and the cover plate 30 ' are limited.
- the two cylinders of the engine device according to the invention have differently dimensioned and differently arranged cylinder wall sections between the respective intake and exhaust ports.
- a cylinder wall is provided between a first inlet slot of a Einlouschlitzcrues and a first adjacent outlet slot of Auslouschlitzcrues, which spans only a few angular degrees, and between the same inlet slot Einlouschlitzcrues and another outlet slot of Auslouschlitzschreibes a cylinder wall provided, which spans about 60 degrees of angle.
- a cylinder wall is provided between a first inlet slot of a Einlouschlitzcrues and a first adjacent outlet slot of Auslouschlitzcrues, which spans only about 30 degrees, and provided between the same inlet slot of the Einlouschlitzcrues and another outlet slot of the Auslouschlitzcrues a cylinder wall, the also spans about 30 angular degrees.
- the asymmetry between the inlet and outlet ports of the first cylinder and the second cylinder cause a timely transport of the working gas from one cylinder to another such that the engine is able to provide a working power.
- a device 110 shown in Figure 2 causes in the rotary piston heat engine device 100 according to the invention, that the oscillatory movement of the pistons 1 and 2, and the piston 1 'and 2', a circular motion is superimposed.
- the device 110 has six oval gears 101, 102, 103, 104, 101 'and 104', whose major axes 111, 112, 113, 114, 111 'and 114' are arranged in pairs perpendicular to each other.
- the axis 7 of the other piston 2 is connected to a first oval gear 101
- the axis 6 of the one piston 1 is connected to a second oval gear 104, wherein these oval gears 101, 104 are arranged in collinear succession and the main axes 111, 114 of these oval gears 101, 104 are arranged perpendicular to each other.
- the first oval gear 101 and the second oval gear 104 are connected to each other via a third oval gear 102 and a fourth oval gear 103, wherein the gears 102 and 103 are arranged in collinear succession on a shaft 5, wherein the respective main axes 112, 113 the gears 102, 103 are arranged perpendicular to each other.
- the axis 7 'of the other piston 2' is connected to a first oval gear 101 ', and the axis 6' of the one piston 1 'is connected to a second oval gear 104', these oval gears 101 ', 104 'are arranged collinear one behind the other and the main axes 111', 114 'of these oval gears 101', 104 'are arranged perpendicular to each other.
- the first oval gear 101 'and the second oval gear 104' are connected to each other via a third oval gear 102 and a fourth oval gear 103, wherein the gears 102 and 103 are arranged in collinear succession on a shaft 5, wherein the respective main axes 112 , 113 of the gears 102, 103 are arranged perpendicular to each other.
- a first inlet slot of a diametrically opposed second inlet slot pair of a second cylinder and a first outlet slot of a diametrically opposed second outlet slot pair of the second cylinder are spaced apart at an angular distance of about 35 °, and a second inlet slot of diametral opposite second inlet slot pair and a second outlet slot of the diametrically opposed second outlet slot pair are separated by an angular distance of about 47 °.
- the two units are arranged so that a part of the device from which the rotational force of the rotary engine is detachable is operated by both units, and a heater, heat storage and cooling means are provided in communication with a pipe system through the intake ports and exhaust ports the displacements of the at least one cylinder of the units are interconnected.
- FIG. 16 shows a temperature unit TA of the preferred embodiment of a discrete adjusting device of the rotary piston heat engine device according to the invention shown in FIG. 11 and having two corresponding temperature units TA, TB in a cross-sectional view.
- This unit has four oval gears, namely the intermeshing oval gears 103, 104 and the intermeshing oval gears 101, 102.
- the shaft 6 is formed integrally with the piston 1.
- the oval gears 102 and 103 are arranged on a shaft 5 '.
- the oval gear 101 is rotatably connected to the piston 2, and the oval gear 104 is rotatably connected to the piston 1 via the shaft 6.
- the respective pistons are shown in detail in Figures 2a and 2b.
- Fig. 18 shows the units I and II with their respective thermally coupled temperature units TA and TB in a front view
- Fig. 18a shows the same units I and II in a top view
- Fig. 18b shows the same units I and II in a side view.
- the opening slots 131, 131 '; 141, 141 'of a cylinder cover 33 and the opening slots 130, 130'; 140, 140 'of a cylinder cover 33' are connected to one another via gas communication connections 300, 400.
- FIG. 19 shows a unit II of the temperature unit TB of a discrete adjusting device of the rotary piston heat engine device according to the invention in an exploded view
- FIG. 20 shows a unit I of a temperature unit TA of a discrete adjusting device of the rotary piston heat engine device according to the invention in an oblique view from above.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung, zusammengesetzt aus zwei Einheiten mit jeweils zwei gegeneinander beweglich gelagerten Kolben, die in jeweils einem Zylinder drehbar gelagert sind, wobei die Längsachsen der Kolben und der Zylinder kollinear verlaufen, und die Kolben so gelagert sind, dass sie gegeneinander beweglich sind, wobei eine Mehrzahl wirksamer Hubräume zwischen jeweils zwei radialen Grenzflächen der beiden jeweiligen Kolben ausgebildet ist, die bei Betrieb des Motors mit Bezug aufeinander eine Schwingbewegung ausführen, wobei mindestens eine Einrichtung vorgesehen ist, die bewirkt, dass der Schwingbewegung eine Kreisbewegung beider Kolben überlagert ist, wobei jede Einheit eine jeweilige eine Drehkraftabgabeeinrichtung treibende Welle enthält, und wobei eine Heizeinrichtung, eine Wärmespeichereinrichtung und eine Kühleinrichtung in Verbindung mit einem Rohrsystem vorgesehen sind, durch das Einlassschlitze und Auslassschlitze der Hubräume der Zylinder der Einheiten miteinander verbunden sind.The invention relates to a rotary piston heat engine device composed of two units, each with two mutually movably mounted pistons, which are rotatably mounted in each case a cylinder, wherein the longitudinal axes of the piston and the cylinder are collinear, and the pistons are mounted so that they are mutually movable, wherein a plurality of effective displacements between each two radial interfaces of the two respective pistons is formed, which perform during operation of the motor with respect to each other a swinging motion, wherein at least one means is provided which causes the swinging motion to a circular movement of both Flask is superimposed, each unit containing a respective rotational force output device driving shaft, and wherein a heater, a heat storage device and a cooling device in Connection are provided with a pipe system through which inlet slots and outlet slots of the cylinder displacements of the units are interconnected.
Als Kreiskolbenmotoren sind beispielsweise Wankel-Motoren bekannt. Bei diesen Motoren ist ein mit einer Mehrzahl abgerundeter Flächen ausgebildeter Kolben in einem Zylinder gelagert, dessen Innenwandung nicht kreisförmig ausgebildet ist, sondern eine Mehrzahl konkaver Aussparungen aufweist. Die Brennkammern dieses Motors werden dabei jeweils zwischen den abgerundeten Flächen des Kolbens und entsprechenden Aussparungen des Zylinders gebildet. Der Nachteil des Wankelmotors ist vor allem sein komplizierter Zusammenbau, der einen hohen Fertigungsaufwand erfordert. Ein weiteres Problem stellt die Abdichtung des Motors dar. Bereits sehr kleine Undichtheiten führen zu einer Verringerung der Motorleistung, zu einer Erhöhung der toxischen Anteile in den Abgasen und zu einem erhöhten Treibstoff- und Ölverbrauch.As rotary engines, for example Wankel engines are known. In these motors, a piston formed with a plurality of rounded surfaces is mounted in a cylinder whose inner wall is not circular, but has a plurality of concave recesses. The combustion chambers of this engine are in each case formed between the rounded surfaces of the piston and corresponding recesses of the cylinder. The disadvantage of the Wankel engine is mainly its complicated assembly, which requires a high production cost. Another problem is the sealing of the engine. Even very small leaks lead to a reduction in engine performance, an increase in the toxic components in the exhaust gases and increased fuel and oil consumption.
Ein Kreiskolbenmotor der eingangs genannten Art ist aus DE 197 40 133.3-15 bekannt. Dieser Kreiskolbenmotor weist einen Hubraum bzw. Hubraum auf, der gegenüber demjenigen des Wankel-Motors vergrößert ist und den Vorteil ausweist, daß seine Brennkammern leicht abdichtbar, leicht befüllbar und entleerbar sind, und die Expansionsenergie der Verbrennungsgase bzw. Arbeitsgase zu einem hohen Anteil an kinetische Energie gewandelt wird.A rotary engine of the aforementioned type is known from DE 197 40 133.3-15. This rotary engine has a displacement which is increased over that of the Wankel engine and has the advantage that its combustion chambers are easily sealed, easily filled and emptied, and the expansion energy of the combustion gases or working gases to a high proportion of kinetic Energy is being transformed.
Desweiteren sind im Stand der Technik sogenannte Stirlingmotoren bekannt. Dabei handelt es sich um Wärmekraftmaschinen, bei denen mindestens ein in einem Zylinder reziprozierbar gelagerter Kolben durch Gase bewegt wird, deren Temperatur über eine Heizeinrichtung, eine Wärmespeichereinrichtung und eine Kühleinrichtung zyklisch verändert wird. Nachteilig bei derartigen Motoren sind Wärmeverluste, die aufgrund der zyklischen Temperaturänderungen der Gase in Verbindung mit schwer herbeiführbarer Abdichtbarkeit der Gase, aufgrund der in den Motoren vorherrschenden hohen Drücke. Die Lebensdauer derartiger Motoren ist darüberhinaus aufgrund einer hohen Belastung und damit verbundenen raschen Abnutzung der Motorenbauteile sehr begrenzt. Der Wirkungsgrad der meisten bisher bekannten Stirlingmotoren ist außerdem durch den Wirkungsgrad des Regenerators auf physikalische Weise begrenzt.Furthermore, so-called Stirling engines are known in the prior art. These are heat engines in which at least one piston reciprocally mounted in a cylinder moves through gases is whose temperature is cyclically changed by a heater, a heat storage device and a cooling device. A disadvantage of such engines are heat losses due to the cyclic temperature changes of the gases in connection with difficult to produce sealability of the gases, due to the prevailing in the engines high pressures. The life of such engines is also very limited due to high load and associated rapid wear of the engine components. The efficiency of most previously known Stirling engines is also limited by the efficiency of the regenerator in a physical way.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine auf dem Prinzip des Stirlingmotors basierende Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, das eine Adaption an eine Mehrzahl unterschiedlicher Betriebszustände wie unterschiedliche Temperatur- und Druckverhältnisse in den Zylindern ermöglicht ist, so dass die Anwendungsmöglichkeiten der Vorrichtung erweitert sind. Dies ist gleichbedeutend mit der Aufgabe, eine Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass ein erhöhter Wirkungsgrad bei einem vorgegebenen Betriebszustand gegeben ist, d.h. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum einen ein effektiverer Betrieb gegenüber den bekannten Vorrichtungen, zum anderen aber auch eine aktive Steuerung der Motorleistung ermöglicht ist.The object of the invention is to develop a based on the principle of the Stirling engine rotary piston heat engine device of the type mentioned so that an adaptation to a plurality of different operating conditions such as different temperature and pressure conditions in the cylinders is possible, so that the applications of the Device are extended. This is equivalent to the task, a rotary piston heat engine device of the type mentioned in such a way that an increased efficiency is given at a predetermined operating condition, i. with the device according to the invention on the one hand a more effective operation over the known devices, on the other hand, but also an active control of engine performance is possible.
Für einen Kreiskolbenmotor der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Ausgleichselement vorgesehen ist, das bei einer möglichen Phasenverschiebung bei der Taktung der beiden Einheiten einen Positionsausgleich der jeweiligen Kolben der beiden Einheiten bewirkt, um dadurch einen optimierten Phasengang zu bewirken.For a rotary engine of the aforementioned type, this object is achieved in that a compensation element is provided, which in a possible phase shift at the timing of the two units causes a position compensation of the respective pistons of the two units, thereby causing an optimized phase response.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Bei der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung wird dadurch, dass ein Ausgleichselement vorgesehen ist, das bei einer möglichen Phasenverschiebung bei der Taktung der beiden Einheiten einen Positionsausgleich der jeweiligen Kolben der beiden Einheiten bewirkt, um dadurch einen optimierten Phasengang zu bewirken, erreicht, dass eine Vorrichtung geschaffen ist, bei der über eine Phasenverschiebung der Taktung der betreffenden beiden Einheiten ein Drehmomentausgleich zwischen den beiden Einheiten ermöglicht ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dabei weiterhin den wichtigen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik auf, dass in vorherbestimmter Weise eine willkürliche Drehwinkel-Positionierung eines jeweiligen Kolbens der Einheiten ermöglicht ist, um so eine Optimierung des Wirkungsgrades bzw. der Leistung der Motor-Vorrichtung zu erlangen.In the rotary piston heat engine device according to the invention is characterized in that a compensation element is provided which causes a positional compensation of the respective pistons of the two units at a possible phase shift in the timing of the two units, thereby causing an optimized phase response, that a Device is provided, in which a torque shift between the two units is possible via a phase shift of the timing of the two units concerned. The device according to the invention further has the important advantage over the prior art that in a predetermined manner an arbitrary rotational angle positioning of a respective piston of the units is made possible, so as to obtain an optimization of the efficiency or the performance of the motor device.
Im folgenden wird zuerst der Aufbau und die Funktion der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung erläutert, worauf sich eine Erläuterung des Aufbaus und der Funktion des beanspruchten Ausgleichselementes anschließt.In the following, first, the construction and the function of the rotary piston heat engine device according to the invention will be explained, followed by an explanation of the structure and the function of the claimed compensating element followed.
Im Vergleich zu herkömmlichen Stirlingmotoren weist der erfindungsgemäße Motor einen einfacheren konstruktiven Aufbau auf. Um die Motorsteuerung zu regeln, werden keine Teile wie Ventile, Nockenwelle oder Kurbelwelle benötigt. Alle wesentlichen Bauteile des Motors haben gut anschleifbare zylindrische Oberflächen und können mit hoher Präzision unter geringen Kosten hergestellt werden. Die Abdichtung des Motors bereitet ebenfalls keine Probleme. Mit herkömmlichen Dichtungselementen kann eine nahezu absolute Dichtheit erreicht werden. Dadurch ist es möglich, die Fertigungskosten beträchtlich zu senken. Weitere Vorteile des Motors sind seine geringen Abmessungen, eine besonders wirksame Ausgestaltung eines Regenerators, des Gasverlaufs und der Optimierungsmöglichkeiten durch Hubgeschwindigkeitsänderungen, und gezielte Ablaufstörungen.In comparison to conventional Stirling engines, the engine according to the invention has a simpler structural design. To regulate the engine control, no Parts such as valves, camshaft or crankshaft needed. All the main parts of the engine have easy to sand cylindrical surfaces and can be manufactured with high precision at low cost. The sealing of the engine also presents no problems. With conventional sealing elements, a virtually absolute tightness can be achieved. This makes it possible to reduce the manufacturing costs considerably. Other advantages of the engine are its small dimensions, a particularly effective design of a regenerator, the gas flow and the optimization possibilities by Hubgeschwindigkeitsänderungen, and targeted flow disturbances.
Der erfindungsgemäße Motor ist ein in einem Kreisprozess arbeitender Drehkolbenmotor, der wahlweise mit einer Mehrzahl von Arbeitsräumen ausrüstbar ist.The engine according to the invention is a rotary piston engine operating in a cyclic process, which can optionally be equipped with a plurality of work spaces.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kreiskolbenmotors sind 2 Einheiten, bestehend aus Kolben, Zylinder und Zylinderstirnseiten durch eine Steuerungseinrichtung miteinander verbunden.According to a preferred embodiment of the rotary piston engine according to the invention, two units consisting of pistons, cylinders and cylinder end faces are connected to one another by a control device.
Vorzugsweise sind dabei in jeder Einheit des erfindungsgemäßen Motors zwei Kolben mit jeweils zwei Kolbenflügeln vorgesehen, wobei zwischen den jeweiligen Grenzflächen der insgesamt vier Kolbenflügel jeder Einheit vier Arbeitsräume gebildet sind, und bei einer Umdrehung der Arbeitswelle vier zweifache Arbeitsvorgänge vorgesehen sind.Preferably, two pistons each having two piston wings are provided in each unit of the engine according to the invention, wherein four working spaces are formed between the respective boundary surfaces of the total of four piston wings of each unit, and four double operations are provided in one revolution of the working shaft.
Vorzugsweise werden bei dem erfindungsgemäßen Motor unterschiedliche Massen der Kolben durch Aussparungen und/oder Zusatzmassen an den Kolben und/oder den Zahnrädern ausgeglichen. Dadurch wird die Laufruhe des Motors erhöht, sowie die Belastung der Bauteile gesenkt.Preferably, in the engine according to the invention different masses of the piston by recesses and / or additional masses on the piston and / or the gears balanced. This increases the smooth running of the engine and reduces the load on the components.
Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Kreiskolbenwärmemotor bei jeder Einheit die Achse des einen Kolbens als Vollstange ausgebildet und die Achse des anderen Kolbens als Hohlstange ausgebildet, deren lichter Durchmesser so bemessen ist, daß die Vollstange des einen Kolbens in ihr kollinear ausgerichtet beweglich' gelagert ist. Dadurch wird erreicht, daß eine gegenseitige Beweglichkeit der beiden Kolben mit kollinear verlaufenden Achsen auf einfache und gleichzeitig robuste Weise hergestellt ist.Preferably, in the rotary piston engine according to the invention in each unit, the axis of the one piston is formed as a solid rod and the axis of the other piston formed as a hollow rod, whose clear diameter is dimensioned so that the solid rod of a piston is movably mounted in its collinear '. This ensures that a mutual mobility of the two pistons is made with collinear axes in a simple and at the same time robust.
Die Einrichtung zum Bewirken einer der Schwingbewegung (ca. 60°) der Kolben überlagerten Kreisbewegung weist vorzugsweise sechs ovale Zahnräder auf, deren Hauptachsen jeweils paarweise senkrecht aufeinanderstehend angeordnet sind. Dabei sind vorzugsweise jeweils zwei senkrecht aufeinanderstehende Ovalzahnräder jeweils einem Zylinder zugeordnet, und die zwei anderen senkrecht aufeinanderstehenden Ovalzahnräder einer Arbeitswelle zur Abgabe der Motorleistung zugeordnet. Die vier Ovalzahnräder der Zylinder sind dabei jeweils mit entsprechenden, jeweils senkrecht auf ihnen stehend angeordneten Ovalzahnrädern der Arbeitswelle verbunden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Achse des einen Kolbens mit einem ersten ovalen Zahnrad verbunden ist und die Achse des anderen Kolbens mit einem zweiten ovalen Zahnrad verbunden ist, wobei diese ovalen Zahnräder kollinear hintereinander angeordnet sind und die Hauptachsen dieser ovalen Zahnräder senkrecht aufeinanderstehen. Dabei sind vorzugsweise das erste und zweite ovale Zahnrad über ein drittes und viertes ovales Zahnrad miteinander verbunden, wobei das dritte und vierte ovale Zahnrad kollinear hintereinander auf einer Achse angeordnet sind, wobei die Hauptachsen des dritten und vierten ovalen Zahnrades senkrecht aufeinanderstehen.The device for effecting a circular motion superimposed on the oscillating motion (approximately 60 °) of the pistons preferably has six oval gearwheels whose main axes are arranged in pairs perpendicular to one another. In this case, two oval gearwheels each perpendicular to one another are preferably each assigned to one cylinder, and the two other oval gears arranged perpendicular to one another are assigned to a working shaft for outputting the engine power. The four oval gears of the cylinders are in each case connected to corresponding, each standing perpendicular to them standing oval gears of the working shaft. It is particularly advantageous if the axis of the one piston is connected to a first oval gear and the axis of the other piston is connected to a second oval gear, said oval gears are collinear arranged behind one another and the main axes of these oval gears perpendicular to each other. In this case, preferably the first and second oval gear are connected to each other via a third and fourth oval gear, wherein the third and fourth oval gear are collinear arranged on an axis, wherein the major axes of the third and fourth oval gear perpendicular to each other.
Vorzugsweise ist einer jeden Einheit eine Mehrzahl von Ein- und Auslassschlitzen zugeordnet.Preferably, each unit is associated with a plurality of inlet and outlet slots.
Vorzugsweise weisen die beiden Zylinder des erfindungsgemäßen Motors unterschiedlich dimensionierte und unterschiedlich angeordnete Zylinderwandabschnitte zwischen den respektiven Einlaß- und Auslaßöffnungen auf. Bei einem ersten Zylinder des erfindungsgemäßen Motors ist Vorzugsweise zwischen einem ersten Einlaßschlitz eines Einlaßschlitzpaares und einem ersten benachbarten Auslaßschlitz eines Auslaßschlitzpaares eine Zylinderwand vorgesehen, die nur wenige Winkelgrad umspannt, und zwischen demselben Einlaßschlitz des Einlaßschlitzpaares und einem anderen Auslaßschlitz des Auslaßschlitzpaares eine Zylinderwand vorgesehen, die ca. 60 Winkelgrad umspannt.Preferably, the two cylinders of the engine according to the invention on differently sized and differently arranged cylinder wall sections between the respective inlet and outlet openings. In a first cylinder of the engine according to the invention is preferably provided between a first inlet slot of a Einlaßschlitzpaares and a first adjacent outlet slot of Auslaßschlitzpaares a cylinder wall which spans only a few angular degrees, and provided between the same inlet slot of the Einlaßschlitzpaares and another Auslaßschlitz the Auslaßschlitzpaares a cylinder wall, the ca 60 degrees.
Bei einem zweiten Zylinder des erfindungsgemäßen Motors ist desweiteren vorzugsweise zwischen einem ersten Einlaßschlitz eines Einlaßschlitzpaares und einem ersten benachbarten Auslaßschlitz eines Auslaßschlitzpaares eine Zylinderwand vorgesehen, die ca. 30 Winkelgrad umspannt, und zwischen demselben Einlaßschlitz des Einlaßschlitzpaares und einem anderen Auslaßschlitz des Auslaßschlitzpaares eine Zylinderwand vorgesehen, die ebenfalls ca. 30 Winkelgrad umspannt.In a second cylinder of the engine according to the invention further preferably between a first inlet slot of a pair of inlet slits and a first adjacent outlet slot of Auslaßschlitzpaares a cylinder wall is provided which spans about 30 degrees, and provided between the same inlet slot of the Einlaßschlitzpaares and another outlet slot of the Auslaßschlitzpaares a cylinder wall, which also spans about 30 degrees.
Die Asymmetrie zwischen den Ein- und Auslaßöffnungen des ersten Zylinders und des zweiten Zylinders bewirkt bei dem erfindungsgemäßen Motor einen zeitkorrekten Transport des Arbeitsgases von einem Zylinder zum anderen. Dieser Vorgang erzeugt die Arbeitsleistung des Motors.The asymmetry between the inlet and outlet ports of the first cylinder and the second cylinder causes in the engine according to the invention a timely transport of the working gas from one cylinder to another. This process generates the power of the engine.
Vorzugsweise ist die jeweilige Winkelposition der Schlitze so vorgesehen, daß sie jeweils mit der Position der jeweiligen Brennkammer übereinstimmt, die durch die jeweiligen Grenzflächen der betreffenden Abschnitte der Kolbenflügel gebildet ist, so daß eine zeitlich korrekte Füllung bzw. Entleerung der Arbeitsräume bewirkt wird.Preferably, the respective angular position of the slots is provided so that it coincides with the position of the respective combustion chamber, which is formed by the respective boundary surfaces of the respective sections of the piston wings, so that a timely filling or emptying of the working spaces is effected.
Die Grenzflächen der Kolben sind vorzugsweise jeweils ebenfalls gradlinig ausgebildet, wobei zwischen benachbarten Teilen sich gegenüberstehender Grenzflächen der Kolben jeweils gleiche Abstände vorgesehen sind.The boundary surfaces of the pistons are preferably likewise designed in a straight line, with equal distances being provided between adjacent parts of opposing boundary surfaces of the pistons.
Mit der gradlinigen Ausbildung des Einlaßschlitzes und des Auslaßschlitzes wird in Verbindung mit einer gradlinigen Ausbildung der Grenzflächen der Kolben ein Schwingverhalten der Kolben innerhalb des Zylinders bewirkt, bei dem die jeweiligen Arbeitskammern sich so ausdehnen, daß zuerst in einem ersten Takt der erste Kolben um ca. 60° in Richtung vorwärts schwingt, und der zweite Kolben um ca. 120° in Richtung vorwärts schwingt, woraufhin in einem zweiten Takt der erste Kolben um ca. 120° in Richtung vorwärts schwingt und der zweite Kolben um ca. 60° in Richtung vorwärts schwingt.With the straight-line design of the inlet slot and the outlet slot in conjunction with a straight-line formation of the boundary surfaces of the piston causes a vibration behavior of the piston within the cylinder, in which the respective working chambers expand so that first in a first cycle of the first piston by approx. Swinging 60 ° in the direction forward, and the second piston oscillates about 120 ° in the direction forward, whereupon in a second cycle, the first piston swings about 120 ° in the direction forward and the second piston by about 60 ° in the forward direction swings.
Mit diesem Schwingverhalten einher geht eine Ausbildung des jeweils ersten und zweiten ovalen Zahnrades derart, daß das Verhältnis der Länge der Längsachse zur Länge der Breitachse eines jeden Zahnrades ca. 1,7:1 beträgt. Alternativ ist es möglich, ein Zahnradpaar rund auszubilden, und im Ausgleich dazu das andere Zahnradpaar mit einem Verhältnis der Länge der Längsachse zu der Länge der Breitachse von ca. 3,5:1 zu versehen.Accompanied with this vibration behavior is a formation of the respective first and second oval gear such that the ratio of the length of the longitudinal axis to the length of Broad axis of each gear is about 1.7: 1. Alternatively, it is possible to form a gear pair around, and in compensation to provide the other gear pair with a ratio of the length of the longitudinal axis to the length of the wide axis of about 3.5: 1.
Bei einer gewollten Veränderung des Hubwinkelbereichs muß eine Änderung der Ovalitzität der Zahnräder vorgenommen werden, sowie die Ein- und Auslaßschlitze den Kolbengrenzflächen angepaßt werden.For a desired change in Hubwinkelbereichs a change in the ovality of the gears must be made, and the inlet and outlet slots are adapted to the piston interfaces.
Bei dem erfindungsgemäßen Motor sind jeweils das erste und zweite ovale Zahnrad vorzugsweise über ein drittes und viertes ovales Zahnrad miteinander verbunden, die kollinear hintereinander auf einer Achse angeordnet sind und deren Hauptachsen senkrecht aufeinander stehen.In the case of the motor according to the invention, the first and second oval gearwheels are preferably connected to one another via a third and fourth oval gearwheel, which are arranged colinearly one behind the other on an axis and whose main axes are perpendicular to one another.
Bei dem erfindungsgemäßen Motor sind vorzugsweise die Grenzflächen der Kolben gradlinig ausgebildet derart, daß zwischen benachbarten Teilen sich gegenüberstehender Grenzflächen der Kolben jeweils gleiche Abstände vorgegeben sind.In the engine according to the invention, the boundary surfaces of the pistons are preferably formed in a straight line such that in each case equal distances are predetermined between adjacent parts of opposing boundary surfaces of the pistons.
Bei dem erfindungsgemäßen Motor ist die jeweilige Winkelposition der Einlaßöffnungen vorzugsweise so vorgesehen, daß sie jeweils mit der Position des jeweiligen Hubraumes übereinstimmt, der durch die jeweiligen Grenzflächen der betreffenden Abschnitte der Kolbenflügel gebildet ist, so daß eine zeitlich korrekte Füllung der Arbeitskammern bewirkt wird.In the engine according to the invention, the respective angular position of the inlet openings is preferably provided so that they each coincide with the position of the respective displacement, which is formed by the respective boundary surfaces of the respective sections of the piston wings, so that a timely correct filling of the working chambers is effected.
Bei dem erfindungsgemäßen Motor ist die jeweilige Winkelposition der Auslaßöffnungen vorzugsweise so vorgesehen, daß sie jeweils mit der Position des jeweiligen Hubraumes übereinstimmt, der durch die jeweiligen Grenzflächen der betreffenden Abschnitte der Kolbenflügel gebildet ist, so daß eine zeitlich korrekte Entleerung der Arbeitskammern bewirkt wird.In the engine according to the invention, the respective angular position of the outlet openings is preferably so provided that it corresponds in each case with the position of the respective displacement, which is formed by the respective boundary surfaces of the respective sections of the piston wings, so that a timely emptying of the working chambers is effected.
Bei dem erfindungsgemäßen Motor sind die beispielsweise vier gegeneinander beweglich gelagerten Kolben vorzugsweise in zwei unterschiedlichen Zylindern drehbar gelagert.In the engine according to the invention, for example, the four mutually movably mounted pistons are preferably rotatably mounted in two different cylinders.
Bei dem erfindungsgemäßen Motor ist es zum Zweck einer effektiven und schnellen Wirkungsminderung bzw. Wirkungserhöhung entsprechend einer Kraftminderung oder Krafterhöhung des Motors vorteilhaft, zwischen einer heißen Leitung und einer kalten Leitung des erfindungsgemäßen Motors eine Überbrückungsleitung vorzusehen, die über eine Ventileinrichtung aktivierbar bzw. inaktivierbar ist.In the case of the engine according to the invention, for the purpose of an effective and rapid reduction in activity or increase in activity corresponding to a force reduction or force increase of the engine, it is advantageous to provide a bridging line between a hot line and a cold line of the motor according to the invention, which can be activated or deactivated via a valve device.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motors ist eine Rohrverbindungen zwischen den Hubräumen als Zweikreissystem ausgebildet.According to a further preferred embodiment of the engine according to the invention, a pipe connections between the displacements is designed as a two-circuit system.
Die Heißleitung und die Kaltleitung des Rohrsystems können bei dem erfindungsgemäßen Motor getrennt ausgeführt sein.The hot line and the cold line of the pipe system can be carried out separately in the engine according to the invention.
Der erfindungsgemäße Motor kann ohne zusätzliche Bauteile das Bauschema eines ventilgesteuerten Stirlingmotors aufweisen.The engine according to the invention can have the structural design of a valve-controlled Stirling engine without additional components.
Das Arbeitsgas nimmt bei dem erfindungsgemäßen Motor in einem jeweiligen Rohrabschnitt vorzugsweise immer die gleiche Flußrichtung ein.The working gas in the engine according to the invention preferably always assumes the same flow direction in a respective pipe section.
Der erfindungsgemäße Motor ist unter Zuführung von mechanischer Energie als Wärmepumpe verwendbar.The motor according to the invention can be used with the supply of mechanical energy as a heat pump.
Der erfindungsgemäße Motor ist darüberhinaus unter Zuführung von mechanischer Energie auch als Kältemaschine verwendbar.The motor according to the invention is also usable as a chiller with the supply of mechanical energy.
Der erfindungsgemäße Motor ist ebenfalls als Vuilleumiermaschiene verwendbar.The motor according to the invention can also be used as a Vuilleumiermaschiene.
Im folgenden werden Aufbau und Funktion bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ausgleichselementes erläutert.In the following structure and function of preferred embodiments of the compensating element according to the invention will be explained.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßem Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Ausgleichselement diskret verstellbar ist. Dies hat den Vorteil, dass eine Phasenänderung der jeweiligen Kolben der beiden Einheiten mit einfachen konstruktiven Mitteln durchführbar ist. Das Ausgleichselement kann dabei beispielsweise von einem um die Wellen der beiden Einheiten gelegten Zahnriemen gebildet sein, der für einen Ausgleichsvorgang um einen oder mehr Zähne verschiebbar gelagert ist.According to a first preferred embodiment of the device according to the invention it is provided that the compensation element is discretely adjustable. This has the advantage that a phase change of the respective pistons of the two units can be carried out with simple structural means. The compensating element can be formed, for example, by a toothed belt placed around the shafts of the two units, which toothed belt is mounted displaceably for one compensating operation by one or more teeth.
Vorzugsweise ist das Ausgleichselement dabei von einer Fixierungseinrichtung gebildet, in der die jeweiligen die eine Drehkraftabgabeeinrichtung treibenden Wellen der Einheiten in unterschiedlichen Positionen fixiert gelagert sind, wobei in jeder dieser Positionen ein Kämmen der Zahnräder der Drehkraftabgabeeinrichtung mit den jeweiligen Zahnrädern der Wellen gewährleistet ist. Dabei ist die Fixierungseinrichtung vorzugsweise von einem Getriebekasten oder einer Halteplatte gebildet, in dem die jeweiligen die eine Drehkraftabgabeeinrichtung treibenden Wellen der Einheiten in unterschiedlichen Positionen fixiert gelagert sind, wobei in jeder dieser Positionen ein Kämmen der Zahnräder der Drehkraftabgabeeinrichtung mit den jeweiligen Zahnrädern der Wellen gewährleistet ist.Preferably, the compensation element is in this case formed by a fixing device in which the respective driving a rotational force output device shafts of the units are mounted fixed in different positions, wherein in each of these positions a meshing of the gears of the torque output device is ensured with the respective gears of the waves. In this case, the fixing device is preferably of a gearbox or a holding plate is formed in which the respective driving the shaft of a torque output device of the units are mounted fixed in different positions, wherein in each of these positions a meshing of the gears of the torque output device is ensured with the respective gears of the waves.
Die jeweiligen die eine Drehkraftabgabeeinrichtung treibenden Wellen der Einheiten sind vorzugsweise in einem festen Winkel von 135° oder 125° zueinanderstehend angeordnet sind, wobei jeder Welle für jede dieser Winkelanordnungen eine betreffende Bohrung A, A' bzw. B, B' zugeordnet ist.The respective shafts of the units driving a torque output device are preferably arranged at a fixed angle of 135 ° or 125 ° to each other, each shaft being associated with a respective bore A, A 'or B, B' for each of these angular arrangements.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass das Ausgleichselement kontinuierlich verstellbar ist. Dadurch ist eine sehr schnelle Phasenänderung der jeweiligen Kolben der beiden Einheiten und eine damit verbundene Leistungsänderung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht. Des weiteren ist dadurch eine Motorbremsung ermöglicht, indem mittels einer steuerbaren Verstelleinrichtung eine ausreichend große Fehl-Phasenverschiebung herbeigeführt wird.According to a second preferred embodiment of the device according to the invention it is provided that the compensation element is continuously adjustable. As a result, a very rapid phase change of the respective pistons of the two units and an associated change in performance of the device according to the invention is made possible. Furthermore, an engine braking is thereby made possible by a sufficiently large false phase shift is brought about by means of a controllable adjusting device.
Bei dieser Ausführungsform ist das Ausgleichselement vorzugsweise als zwei verschiebbare Rollen ausgebildet, die zwischen den beiden Drehkraftabgabeeinrichtungen der beiden Einheiten angeordnet sind und über einen Zahnriemen mit den Drehkraftabgabeeinrichtungen treibend verbunden sind, wobei die verschiebbaren Rollen bei mutuell änderbarem Abstand in einer Richtung senkrecht zur Verbindungslinie der Drehkraftabgabeeinrichtungen reziprozierbar verschiebbar sind. Die beiden verschiebbare Rollen können insbesondere als Excenterrollen ausgeführt sein.In this embodiment, the compensating element is preferably formed as two displaceable rollers, which are arranged between the two rotational force output devices of the two units and drivingly connected via a toothed belt with the rotational force output means, wherein the displaceable rollers at mutually changeable distance in a direction perpendicular to the line connecting the rotational force output devices reciprocally are displaceable. The two sliding rollers can be designed in particular as eccentric rollers.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass ein erster Einlassschlitz eines sich diametral gegenüberliegenden ersten Einlassschlitzpaares eines ersten Zylinders und ein erster Auslassschlitz eines sich diametral gegenüberliegenden ersten Auslassschlitzpaares des ersten Zylinders 1° bis 5° voneinander getrennt sind und ein zweiter Einlassschlitz des sich diametral gegenüberliegenden ersten Einlassschlitzpaares und ein zweiter Auslassschlitz des sich diametral gegenüberliegenden ersten Auslassschlitzpaares in einem Winkelabstand von etwa 55° bis 95° voneinander getrennt sind. Dadurch ist eine energieoptimierter Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht.Preferably, it is provided that a first inlet slot of a diametrically opposed first inlet slot pair of a first cylinder and a first outlet slot of a diametrically opposed first Auslaßschlitzpaares the
Insbesondere vorzugsweise sind ein erster Einlassschlitz des sich diametral gegenüberliegenden ersten Einlassschlitzpaares und ein erster Auslassschlitz des sich diametral gegenüberliegenden ersten Auslassschlitzpaares 4° voneinander getrennt.In particular, preferably, a first inlet slot of the diametrically opposed first inlet slot pair and a first outlet slot of the diametrically opposed first outlet slot pair are separated by 4 °.
Ebenfalls insbesondere vorzugsweise sind dabei ein zweiter Einlassschlitz des sich diametral gegenüberliegenden ersten Einlassschlitzpaares und ein zweiter Auslassschlitz des sich diametral gegenüberliegenden ersten Auslassschlitzpaares in einem Winkelabstand von etwa 77° voneinander getrennt sind.Also particularly preferably, a second inlet slot of the diametrically opposed first inlet slot pair and a second outlet slot of the diametrically opposed first outlet slot pair are separated from each other at an angular distance of about 77 °.
Vorzugsweise ist ebenfalls vorgesehen, dass ein erster Einlassschlitz eines sich diametral gegenüberliegenden zweiten Einlassschlitzpaares eines zweiten Zylinders und ein erster Auslassschlitz eines sich diametral gegenüberliegenden zweiten Auslassschlitzpaares des zweiten Zylinders in einem Winkelabstand von etwa 25° bis 45° voneinander getrennt sind und ein zweiter Einlassschlitz des sich diametral gegenüberliegenden zweiten Einlassschlitzpaares und ein zweiter Auslassschlitz des sich diametral gegenüberliegenden zweiten Auslassschlitzpaares in einem Winkelabstand von etwa 30° bis 60° voneinander getrennt sind, um einen energieoptimierten Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu ermöglichen.Preferably, it is also provided that a first inlet slot of a diametrically opposed second inlet slot pair of a second cylinder and a first outlet slot of a diametrically opposed second pair of outlet slots of the second cylinder are spaced apart angularly from about 25 ° to 45 ° and a second inlet slot of the diametrically opposed second inlet slot pair and a second outlet slot of the diametrically opposed second outlet slot pair are angularly spaced from about 30 ° to 60 ° apart from each other to allow energy-optimized operation of the device according to the invention.
Insbesondere vorzugsweise sind ein erster Einlassschlitz des sich diametral gegenüberliegenden zweiten Einlassschlitzpaares und ein erster Auslassschlitz des sich diametral gegenüberliegenden zweiten Auslassschlitzpaares in einem Winkelabstand von etwa 34° voneinander getrennt.More preferably, a first inlet slot of the diametrically opposed second inlet slot pair and a first outlet slot of the diametrically opposed second outlet slot pair are separated by an angular distance of about 34 °.
Ebenfalls insbesondere vorzugsweise sind ein zweiter Einlassschlitz des sich diametral gegenüberliegenden zweiten Einlassschlitzpaares und ein zweiter Auslassschlitz des sich diametral gegenüberliegenden zweiten Auslassschlitzpaares in einem Winkelabstand von etwa 47° voneinander getrennt.Also particularly preferably, a second inlet slot of the diametrically opposed second inlet slot pair and a second outlet slot of the diametrically opposed second outlet slot pair are separated by an angular distance of about 47 °.
Gemäß einer wichtigen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass alle Einlassschlitze und Auslassschlitze im Zylinderkopf eines jeweiligen Zylinders ausgebildet sind.According to an important preferred embodiment of the device according to the invention it is provided that all inlet slots and outlet slots are formed in the cylinder head of a respective cylinder.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorgesehen, dass die beiden Einheiten so angeordnet sind, dass ein Teil der Einrichtung, von dem die Drehkraft des Kreiskolbenmotors abnehmbar ist, von beiden Einheiten betrieben ist, und eine Heizeinrichtung, eine Wärmespeichereinrichtung und eine Kühleinrichtung in Verbindung mit einem Rohrsystem vorgesehen sind, durch das Einlassschlitze und Auslassschlitze der Hubräume des mindestens einen Zylinders der Einheiten miteinander verbunden sind.According to a further preferred embodiment of the device according to the invention it is provided that the two units are arranged so that a part of the A device, from which the rotational force of the rotary piston engine is removable, operated by both units, and a heater, a heat storage device and a cooling device are provided in connection with a pipe system through which inlet slots and outlet slots of the displacements of the at least one cylinder of the units are interconnected ,
Die erfindungsgemäße Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung ist unter Zuführung von Rotationsenergie auf die Drehkraftabgabeeinrichtungen insbesondere auch für eine Verwendung als Wärmepumpe oder als Kältemaschinen geeignet.The rotary piston heat engine device according to the invention is particularly suitable for use as a heat pump or as a cooling machine with the supply of rotational energy to the torque output devices.
Die erfindungsgemäße Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Darin zeigen:
- Fig. 1
- eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung einschließlich Wärmetauschern und Rohrverbindungen, in einer ersten Arbeitsstellung, in einer Querschnittsansicht;
- Fig. 1a
- die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer anderen Arbeitsstellung, ebenfalls in einer Querschnittsansicht;
- Fig.2
- die Zylinder der in Fig. 1 dargestellten Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer, teilweisen gebrochenen Ansicht von schräg oben;
- Fig.2a
- eine erste Kolbenhälfte eines Zylinders der in Fig. 1 dargestellten Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Ansicht von schräg unten;
- Fig.2b
- eine zweite Kolbenhälfte eines Zylinders der in Fig. 1 dargestellten Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Ansicht von schräg oben;
- Fig.3
- ein funktionales Blockdiagramm der in Fig. 1 dargestellten Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung;
- Fig.4
- eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer ersten Arbeitsstellung, in einer Querschnittsansicht;
- Fig.4a
- die in
Figur 4 dargestellte erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer anderen Arbeitsstellung, in einer Querschnittsansicht; - Fig.5
- die beiden Zylinder einer erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung gemäß Fig. 1 oder Fig. 4, in einer Querschnittsansicht, aus der die relative Lage der Kolbenwellen und der Drehkraftabgabeeinrichtung erkennbar ist;
- Fig.6
- eine
Tabelle mit Anlagen 1bis 4, aus der die Zustandsänderungen des Arbeitsgases während eines Schwingzyklusses der Motorvorrichtung ersichtlich sind; - Fig.7
- eine erste Anlage zur in
Figur 6 dargestellten Tabelle zur Verdeutlichung der Taktung eines Arbeitsgases; - Fig.8
- eine weitere Anlage zur in
Figur 6 dargestellten Tabelle zur Verdeutlichung der Taktung eines Arbeitsgases; - Fig.9
- eine weitere Anlage zur in
Figur 6 dargestellten Tabelle zur Verdeutlichung der Taktung eines Arbeitsgases; - Fig.10
- eine weitere Anlage zur in
Figur 6 dargestellten Tabelle zur Verdeutlichung der Taktung eines Arbeitsgases; - Fig. 11
- eine erste bevorzugte Ausführungsform einer diskreten Verstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Ansicht von hinten;
- Fig.12
- eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer diskreten Verstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Ansicht von schräg vorne; observiere dabei
Welle 5 - Fig. 12A
- die Wellen der in
Figur 12 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der diskreten Verstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Ansicht von hinten; observiere dabeiWelle 5 - Fig.13
- eine erste bevorzugte Ausführungsform einer kontinuierlichen Verstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Ansicht von hinten;
- Fig.14
- die Zylinderköpfe einschließlich Einlassschlitzen und Auslassschlitzen eines ersten Zylinders der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Ansicht in Richtung des Pfeils P in
Figur 13; - Fig. 14A
- die Zylinderköpfe einschließlich Einlassschlitzen und Auslassschlitzen des ersten Zylinders der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Querschnittsansicht;
- Fig. 14B
- die Zylinderköpfe einschließlich Einlassschlitzen und Auslassschlitzen des ersten Zylinders der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Ansicht in Richtung des Pfeils P' in
Figur 13; - Fig.15
- die Zylinderköpfe einschließlich Einlassschlitzen und Auslassschlitzen eines zweiten Zylinders der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Ansicht in Richtung des Pfeils P in
Figur 13; - Fig.15A
- die Zylinderköpfe einschließlich Einlassschlitzen und Auslassschlitzen des zweiten Zylinders der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Querschnittsansicht;
- Fig. 15B
- die Zylinderköpfe einschließlich Einlassschlitzen und Auslassschlitzen des zweiten Zylinders der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Ansicht in Richtung des Pfeils P' in
Figur 13; - Fig.16
- eine Temperatur-Einheit TA der in
Figur 11 dargestellten bevorzugten Ausführungsform einer diskreten Verstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Querschnittsansicht; - Fig. 17
- die Einheiten I und II einschließlich Ausgleichselement (
Riemen 120einschließlich Riemenräder 32, 32') der inFigur 11 dargestellten bevorzugten Ausführungsform einer diskreten Verstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Ansicht von schräg hinten; - Fig.18
- die Einheiten I und II mit ihren jeweiligen miteinander thermisch gekoppelten Temperatur-Einheit TA und TB der in
Figur 11 dargestellten bevorzugten Ausführungsform einer diskreten Verstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Ansicht von vorne; - Fig. 18a
- die Einheiten I und II mit ihren jeweiligen miteinander thermisch gekoppelten Temperatur-Einheit TA und TB der in
Figur 11 dargestellten bevorzugten Ausführungsform einer diskreten Verstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Ansicht von oben; - Fig. 18b
- die Einheiten I und II mit ihren jeweiligen miteinander thermisch gekoppelten Temperatur-Einheit TA und TB der in
Figur 11 dargestellten bevorzugten Ausführungsform einer diskreten Verstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Seitenansicht; - Fig.19
- eine Einheit II der Temperatur-Einheit TB einer diskreten Verstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Explosionsansicht;
- Fig.20
- eine Einheit I einer Temperatur-Einheit TA einer diskreten Verstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Ansicht von schräg oben;
- Fig. 1
- a preferred embodiment of the rotary piston heat engine device according to the invention including heat exchangers and pipe joints, in a first working position, in a cross-sectional view;
- Fig. 1a
- the embodiment of the rotary piston heat engine device according to the invention shown in Figure 1 in another working position, also in a cross-sectional view.
- Fig.2
- the cylinders of the rotary piston heat engine apparatus shown in Figure 1 in a, partially broken view obliquely from above.
- 2a
- a first piston half of a cylinder of the rotary piston heat engine device shown in Figure 1 in a view obliquely from below.
- 2b
- a second piston half of a cylinder of the rotary piston heat engine device shown in Figure 1 in a view obliquely from above.
- Figure 3
- a functional block diagram of the illustrated in Figure 1 rotary piston heat engine apparatus.
- Figure 4
- a further preferred embodiment of the rotary piston heat engine device according to the invention in a first working position, in a cross-sectional view;
- 4a
- the illustrated in Figure 4 according to the invention rotary piston heat engine device in another working position, in a cross-sectional view;
- Figure 5
- the two cylinders of a rotary piston heat engine device according to the invention according to FIG. 1 or FIG. 4, in a cross-sectional view, from which the relative position of the piston shafts and the torque output device can be seen;
- Figure 6
- a table with
Appendices 1 to 4, from which the changes in state of the working gas during a swing cycle of the engine device can be seen; - Figure 7
- a first system for the table shown in Figure 6 to illustrate the timing of a working gas;
- Figure 8
- a further Appendix to the table shown in Figure 6 to illustrate the timing of a working gas;
- Figure 9
- a further Appendix to the table shown in Figure 6 to illustrate the timing of a working gas;
- Figure 10
- a further Appendix to the table shown in Figure 6 to illustrate the timing of a working gas;
- Fig. 11
- a first preferred embodiment of a discrete adjustment of the rotary piston heat engine device according to the invention in a view from behind;
- Figure 12
- a second preferred embodiment of a discrete adjustment of the rotary piston heat engine device according to the invention in a view obliquely from the front; observe
wave 5 - Fig. 12A
- the waves of the illustrated in Figure 12 the preferred embodiment of the discrete adjusting device of the rotary piston heat engine device according to the invention in a view from behind; observe
wave 5 - Figure 13
- a first preferred embodiment of a continuous adjustment of the rotary piston heat engine device according to the invention in a view from behind;
- Figure 14
- the cylinder heads including inlet slots and outlet slots of a first cylinder of the rotary piston heat engine device according to the invention in a view in the direction of arrow P in Figure 13;
- Fig. 14A
- the cylinder heads including inlet slots and outlet slots of the first cylinder of the rotary piston heat engine device according to the invention in a cross-sectional view;
- Fig. 14B
- the cylinder heads including inlet slots and outlet slots of the first cylinder of the rotary piston heat engine device according to the invention in a view in the direction of the arrow P 'in Figure 13;
- Figure 15
- the cylinder heads including inlet slots and outlet slots of a second cylinder a rotary piston heat engine device according to the invention in a view in the direction of arrow P in Figure 13;
- 15A
- the cylinder heads including inlet slots and outlet slots of the second cylinder of the rotary piston heat engine device according to the invention in a cross-sectional view;
- Fig. 15B
- the cylinder heads including inlet slots and outlet slots of the second cylinder of the rotary piston heat engine device according to the invention in a view in the direction of the arrow P 'in Figure 13;
- Figure 16
- a temperature unit TA of the preferred embodiment shown in Figure 11 a discrete adjustment of the rotary piston heat engine device according to the invention in a cross-sectional view;
- Fig. 17
- the units I and II including compensation element (belt 120 including
pulleys 32, 32 ') of the illustrated in Figure 11 the preferred embodiment of a discrete adjustment of the rotary piston heat engine device according to the invention in a view obliquely from behind; - Figure 18
- the units I and II with their respective thermally coupled temperature unit TA and TB of the illustrated in Figure 11 the preferred embodiment of a discrete adjustment of the rotary piston heat engine device according to the invention in a view from the front;
- Fig. 18a
- the units I and II with their respective mutually thermally coupled temperature unit TA and TB that shown in Figure 11 preferred embodiment of a discrete adjustment of the rotary piston heat engine device according to the invention in a view from above;
- Fig. 18b
- the units I and II with their respective mutually thermally coupled temperature unit TA and TB of the illustrated in Figure 11 the preferred embodiment of a discrete adjustment of the rotary piston heat engine device according to the invention in a side view;
- Figure 19
- a unit II of the temperature unit TB of a discrete adjusting device of the rotary piston heat engine device according to the invention in an exploded view;
- fig.20
- a unit I of a temperature unit TA of a discrete adjusting device of the rotary piston heat engine device according to the invention in a view obliquely from above;
Bei der in den Figuren 1 bis 10 dargestellten erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung 100 sind zwei Kolben 1, 2 in einem Zylinder 3 drehbar gelagert, wobei die Symmetrieachsen 14, 15 des Kolbens 1, des Kolbens 2 und des Zylinders 3 kollinear ausgerichtet sind. Die Achse 6 des einen Kolbens 1 ist dabei als Vollstange 6 ausgebildet, und die Achse 7 des anderen Kolbens 2 ist dabei als Hohlstange ausgebildet, deren lichter Durchmesser so bemessen ist, daß die Vollstange 6 drehbar in der Hohlstange 7 gelagert ist. Die Kolben 1, 2 weisen jeweils Grenzflächen 10, 20 auf, wobei zwischen benachbarten Teilen sich gegenüberstehender Grenzflächen 10, 20 jeweils gleiche Abstände vorgegeben sind. Zwischen den jeweiligen Grenzflächen 10, 20 ist eine Mehrzahl wirksamer Hubräume 8, 9, 11, 12 ausgebildet, die nach außen durch den Zylinder 3, und an den Enden durch den Zylinderkopf 33 und die Abdeckplatte 30 begrenzt sind.In the rotary piston
Desweiteren sind bei der in den Figuren 1 bis 6 dargestellten erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung 100 zwei Kolben 1', 2' in einem Zylinder 3' drehbar gelagert, wobei die Symmetrieachsen 14', 15' des Kolbens 1', des Kolbens 2' und des Zylinders 3' kollinear ausgerichtet sind. Die Achse 6' des einen Kolbens 1' ist dabei als Vollstange 6' ausgebildet, und die Achse 7' des anderen Kolbens 2' ist dabei als Hohlstange ausgebildet, deren lichter Durchmesser so bemessen ist, daß die Vollstange 6' drehbar in der Hohlstange 7' gelagert ist. Die Kolben 1', 2' weisen jeweils Grenzflächen 10', 20' auf, wobei zwischen benachbarten Teilen sich gegenüberstehender Grenzflächen 10' , 20' jeweils gleiche Abstände vorgegeben sind. Zwischen den jeweiligen Grenzflächen 10', 20' ist eine Mehrzahl wirksamer Hubräume 8', 9', 11', 12' ausgebildet, die nach außen durch den Zylinder 3', und an den Enden durch den Zylinderkopf 33' und die Abdeckplatte 30' begrenzt sind.Furthermore, in the rotary piston
Die beiden Zylinder der erfindungsgemäßen Motorvorrichtung weisen unterschiedlich dimensionierte und unterschiedlich angeordnete Zylinderwandabschnitte zwischen den respektiven Einlaß- und Auslaßöffnungen auf. Bei einem ersten Zylinder des erfindungsgemäßen Motors ist zwischen einem ersten Einlaßschlitz eines Einlaßschlitzpaares und einem ersten benachbarten Auslaßschlitz eines Auslaßschlitzpaares eine Zylinderwand vorgesehen, die nur wenige Winkelgrad umspannt, und zwischen demselben Einlaßschlitz des Einlaßschlitzpaares und einem anderen Auslaßschlitz des Auslaßschlitzpaares eine Zylinderwand vorgesehen, die ca. 60 Winkelgrad umspannt.The two cylinders of the engine device according to the invention have differently dimensioned and differently arranged cylinder wall sections between the respective intake and exhaust ports. In a first cylinder of the engine according to the invention, a cylinder wall is provided between a first inlet slot of a Einlaßschlitzpaares and a first adjacent outlet slot of Auslaßschlitzpaares, which spans only a few angular degrees, and between the same inlet slot Einlaßschlitzpaares and another outlet slot of Auslaßschlitzpaares a cylinder wall provided, which spans about 60 degrees of angle.
Bei einem zweiten Zylinder der erfindungsgemäßen Motorvorrichtung ist zwischen einem ersten Einlaßschlitz eines Einlaßschlitzpaares und einem ersten benachbarten Auslaßschlitz eines Auslaßschlitzpaares eine Zylinderwand vorgesehen, die nur ca. 30 Winkelgrad umspannt, und zwischen demselben Einlaßschlitz des Einlaßschlitzpaares und einem anderen Auslaßschlitz des Auslaßschlitzpaares eine Zylinderwand vorgesehen, die auch ca. 30 Winkelgrad umspannt.In a second cylinder of the engine device according to the invention, a cylinder wall is provided between a first inlet slot of a Einlaßschlitzpaares and a first adjacent outlet slot of Auslaßschlitzpaares, which spans only about 30 degrees, and provided between the same inlet slot of the Einlaßschlitzpaares and another outlet slot of the Auslaßschlitzpaares a cylinder wall, the also spans about 30 angular degrees.
Die Asymmetrie zwischen den Ein- und Auslaßöffnungen des ersten Zylinders und des zweiten Zylinders bewirken einen zeitkorrekten Transport des Arbeitsgases von einem Zylinder zum anderen derart, daß der Motor eine Arbeitsleistung zu liefern in der Lage ist.The asymmetry between the inlet and outlet ports of the first cylinder and the second cylinder cause a timely transport of the working gas from one cylinder to another such that the engine is able to provide a working power.
Eine in der Figur 2 dargestellte Einrichtung 110 bewirkt bei der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung 100, daß der Schwingbewegung der Kolben 1 und 2, sowie der Kolben 1' und 2', eine Kreisbewegung überlagert wird.A
Die Einrichtung 110 weist sechs ovale Zahnräder 101, 102, 103, 104, 101' und 104' auf, deren Hauptachsen 111, 112, 113, 114, 111' und 114' jeweils paarweise senkrecht aufeinanderstehend angeordnet sind. Bei der Einrichtung 110 ist die Achse 7 des anderen Kolbens 2 mit einem ersten ovalen Zahnrad 101 verbunden, und die Achse 6 des einen Kolbens 1 mit einem zweiten ovalen Zahnrad 104 verbunden, wobei diese ovalen Zahnräder 101, 104 kollinear hintereinander angeordnet sind und die Hauptachsen 111, 114 dieser ovalen Zahnräder 101, 104 senkrecht aufeinanderstehend angeordnet sind. Das erste ovale Zahnrad 101 und das zweite ovale Zahnrad 104 sind dabei über ein drittes ovales Zahnrad 102 und ein viertes ovales Zahnrad 103 miteinander verbunden, wobei die Zahnräder 102 und 103 kollinear hintereinander auf einer Welle 5 angeordnet sind, wobei die jeweiligen Hauptachsen 112, 113 der Zahnräder 102, 103 senkrecht aufeinanderstehend angeordnet sind.The
Desweiteren ist bei der Einrichtung 110 die Achse 7' des anderen Kolbens 2' mit einem ersten ovalen Zahnrad 101' verbunden, und die Achse 6' des einen Kolbens 1' mit einem zweiten ovalen Zahnrad 104' verbunden, wobei diese ovalen Zahnräder 101', 104' kollinear hintereinander angeordnet sind und die Hauptachsen 111', 114' dieser ovalen Zahnräder 101', 104' senkrecht aufeinanderstehend angeordnet sind. Das erste ovale Zahnrad 101' und das zweite ovale Zahnrad 104' sind dabei über ein drittes ovales Zahnrad 102 und ein viertes ovales Zahnrad 103 miteinander verbunden, wobei die Zahnräder 102 und 103 kollinear hintereinander auf einer Welle 5 angeordnet sind, wobei die jeweiligen Hauptachsen 112, 113 der Zahnräder 102, 103 senkrecht aufeinanderstehend angeordnet sind.Furthermore, in the
Mit einer solchen Anordnung werden die Zahnräder 102 und 103, sowie die Wellen 5', 5" der beiden Einheiten (Zylinder 3, und 3') betrieben. Die weiter oben bezeichnete Welle 5 ist dabei in zwei getrennten Temperatureinheiten dargestellt, und deshalb in einer ersten Temperatureinheit als Welle 5' und in einer zweiten Temperatureinheit als Welle 5" bezeichnet.With such an arrangement, the
Eine solche Anordnung trifft beispielsweise auf einen Zusammenbau zu, wie er in Figuren 3, 12 und 12a dargestellt ist.Such an arrangement applies for example to an assembly, as shown in Figures 3, 12 and 12a.
Eine weitere Art des Zusammenbaus ist in den Figuren 11, 13 und 16 bis 18b dargestellt. Hirbei werden 8 als Ovalzahnräder ausgefürte unrunde Zahnräder (101, 102, 103, 104, 101', 102', 103', 104') über die Wellen 5' und 5 ", sowie über ein Verbindungsglied (Kupplung, Zahnriemen, Kette o. ä.) miteinander verknüpftAnother type of assembly is shown in Figures 11, 13 and 16 to 18b. Be
Die ovalen Zahnräder 101 bis 104 sowie 101' und 104' weisen bezüglich der Länge ihrer Längsachsen zu der ihrer Querachsen ein Verhältnis von 1,7/1 auf.The oval gears 101 to 104 and 101 'and 104' have a ratio of 1.7 / 1 with respect to the length of their longitudinal axes to that of their transverse axes.
Bei Betrieb der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung 100 bewirkt eine Expansion eines aufgeheizten Arbeitsgases beispielsweise in dem Hubraum 9 des Zylinders 3 eine Bewegung der Kolben 1, 2 in Richtung voneinander fort. Das mit der Achse 7 des Kolbens 2 verbundene ovale Zahnrad 101 bewegt sich dabei in der Richtung desjenigen Pfeiles, der in der Fig. 2 auf seiner Oberfläche dargestellt ist. In der in Fig. 2 dargestellten Ausgangsposition bewirkt eine Drehung des Zahnrades 104 um eine kleine Winkelauslenkung eine relativ große Winkelauslenkung des auf der Welle 5 angeordneten Zahnrades 103. Das ebenfalls auf der Welle 5 angeordnete Zahnrad 102 überträgt diese Bewegung auf das mit einer weiteren Vergrößerung der Winkelauslenkung der Achse 7 des Kolbens 2 verbundene Zahnrad 101.During operation of the rotary piston
Die unterschiedliche, sich wechselnde lokale Kraftübertragung der Zahnräder 101 rsp. 104 bewirkt dabei, daß sich der Schwingbewegung der Kolben 1, 2 eine Kreisbewegung überlagert. Die Arbeitswelle 5 rotiert mit der durchschnittlichen Drehzahl der beiden Kolben 1 und 2. An der Verlängerung der Arbeitswelle 5 bzw. 5' oder 5" ist die Rotationsenergie des Motors mit konstanter Winkelgeschwindigkeit abnehmbar. An der Verlängerung der Welle 6 ist die Rotationsenergie des Motors mit sich pro Umdrehung vier mal ändernder Winkelgeschwindigkeit abnehmbar, wie dies beispielsweise zum Betreiben von Kompressoren wünschenswert ist.The different, changing local power transmission of the
Entsprechendes gilt für die Einheit des Zylinders 3'.The same applies to the unit of the cylinder 3 '.
Fig. 1 und 1a zeigen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Motorvorrichtung, bei dem zwei Zylinder 3, 3' mit jeweiligen Kolbenpaaren 1, 2 bzw. 1', 2' über eih entsprechendes Rohrsystem 201, 201', 202, 202', 203, 203' und 204, 204' über einen Erhitzer 300, einen Kühler 400 und einen Regenerator bzw. Wärmetauscher 200 miteinander gekoppelt sind.Fig. 1 and 1a show an embodiment of the engine device according to the invention, in which two
Zu Beginn eines Arbeitszyklus strömt von dem Erhitzer 300 erhitztes Arbeitsgas über das Rohrsystem 202, 202' in die Einlaßöffnungen 130, 130' des Zylinders 3. Das heiße Arbeitsgas strömt anschließend in den Zwischenraum zwischen den Kolben 1, 2, wodurch diese Kolben auseinandergedrückt werden. Dadurch wird der Zwischenraum zwischen den Kolbenflächen der Kolben 1, 2, die sich in der Nachbarschaft der Auslaßöffnungen 140, 140' des Zylinders 3 befinden, zusammengedrückt, so daß das dort befindliche Arbeitsgas über das Rohrsystem 203, 203' entweicht. Über das Rohrsystem 203, 203' gelangt das aus dem Zylinder 3 ausgetretene Arbeitsgas über einen Wärmetauscher 200, an den es seine Wärme abgibt, über einen Kühler 400, an dem es weiter abgekühlt wird, in das Rohrsystem 204, 204' des Zylinders 3'.At the beginning of a working cycle, working gas heated by the
Von dem Rohrsystem 204, 204' gelangt das nunmehr abgekühlte Arbeitsgas über die Einlaßöffnungen 131, 131' des Zylinders 3' in die in der Nachbarschaft dieser Einlaßöffnungen befindlichen Zwischenräume zwischen den Kolben 1' und 2', wobei diese Kolbenzwischenräume vergrößert werden, und die Zwischenräume, die an die jeweils gegenüberliegenden Kolbenflächen der Kolben 1', 2' angrenzen, verkleinert werden, so daß das sich dort befindliche Arbeitsgas über die Auslaßöffnungen 141, 141' aus dem Zylinder 3' in das Rohrsystem 201, 201' gepreßt wird. Über das Rohrsystem 201, 201' strömt dieses Arbeitsgas weiter durch den Regenerator bzw. Wärmetauscher 200, wo es Wärme von demjenigen Arbeitsgas aufnimmt, das aus dem Rohrsystem 203, 203' durch den Wärmetauscher 200 strömt.From the
Nach Austritt aus dem Wärmetauscher 200 fließt das aus dem Rohrsystem 201, 201' stammende, nunmehr erwärmte Arbeitsgas weiter durch einen Erhitzer 300, in dem es weiter aufgeheizt wird. Von dort fließt es in das Rohrsystem 202, 202', von wo sich der Zyklus wiederholt.After exiting the
Bei dem in Fig. 4 und 4a dargestellten erfindungsgemäßen Stirlingmotor sind zwei Zylinder 3, 3' über ein entsprechendes Rohrsystem über zwei Erhitzer 300 bzw. 300', zwei Regeneratoren bzw. Wärmetauscher 200, 200' und zwei Kühler 400 bzw. 400' miteinander gekoppelt.In the Stirling engine according to the invention shown in FIGS. 4 and 4a, two
Zu Beginn eines Rotationszyklus dieses Motors strömt von den jeweiligen Erhitzern 300, 300' aufgeheiztes Arbeitsgas über die jeweiligen Rohre 202, 202' in die Einlaßöffnungen 130, 130' des Zylinders 3. Über die Einlaßöffnungen 130, 130' tritt das heiße Arbeitsgas in die darunter befindlichen Zwischenräume zwischen den Kolben 1, 2 ein, und drückt diese Kolben auseinander. Dadurch werden die durch die jeweils gegenüberliegenden Kolbenflächen 10, 20 gebildeten Zwischenräume zwischen den Kolben 1, 2 zusammengedrückt, und das sich dort befindliche Arbeitsgas wird über die Auslaßöffnungen 140, 140' in die jeweiligen. Rohre 203, 203' gedrückt.At the beginning of a rotation cycle of this engine, working gas heated by the
Das in das Rohr 203 gedrückte Arbeitsgas gelangt in Folge über den Regenerator 200 und den Kühler 400 in das Rohr 204, das in die Einlaßöffnung 131 des Zylinders 3' mündet, und das in das Rohr 203' gedrückte Arbeitsgas gelangt über den Regenerator 200' und den Kühler 400' in das Rohr 204', das in die Einlaßlöffnung 131' mündet. Das in die Einlaßöffnung 131 des Zylinders 3' eintretende Arbeitsgas hat somit einen Teil seiner Wärme an den Regenerator 200 abgegeben und ist anschließend vom Kühler 400 weiter abgekühlt worden, so daß es an der Einlaßöffnung 131 mit einer gegenüber dem Rohr 203 stark erniedrigten Temperatur vorliegt.The working gas forced into the
Das an der Einlaßöffnung 131' anliegende Arbeitsgas hat einen Großteil seiner Wärme an den Regenerator 200' abgegeben und ist anschließend von dem Kühler 400' weiter abgekühlt worden, so daß es an der Einlaßöffnung 131' des Zylinders 3' gegenüber dem Rohr 203' in stark abgekühlter Form vorliegt. Über die Einlaßöffnungen 131, 131' des Zylinders 3' tritt somit kaltes Arbeitsgas in die unterhalb dieser Einlaßöffnungen befindlichen Zwischenräume zwischen den Kolben 1' und 2', wobei die Zwischenräume zwischen diesen Kolben vergrößert werden und die jeweils durch die gegenüberliegenden Kolbenflächen 10', 20' der Kolben 1', 2' gebildeten Zwischenräume, die sich unterhalb der Auslaßöffnungen 141, 141' des Zylinders 3' befinden, verkleinert werden. Durch das Zusammendrücken dieser Kolbenzwischenräume werden die sich darin befindlichen Arbeitsgase über die Auslaßöffnungen 141, 141' in das Rohr 201 bzw. in das Rohr 201' gedrückt.The applied at the inlet port 131 'working gas has given a large part of its heat to the regenerator 200' and is then further cooled by the radiator 400 'so that it at the inlet port 131' of the cylinder 3 'opposite the tube 203' in strong cooled form is present. Through the
Das sich in dem Rohr 201 befindliche Arbeitsgas wird zuerst von dem Regenerator 200 vorgewärmt und anschließend von dem Erhitzer 300 aufgeheizt, von wo es in das Rohr 202 gelangt. Das in dem Rohr 201' befindliche Arbeitsgas wird von dem Regenerator 200' vorgewärmt und anschließend von dem Erhitzer 300' aufgeheizt, von wo es in das Rohr 202' gelangt. In Folge wiederholt sich der oben geschilderte Zyklus.The working gas in the
Der Betriebsablauf erfolgt bei den in Fig. 1 sowie 1a und Fig. 4 sowie 4a dargestellten erfindungsgemäßen Motorvorrichtungen in identischer Weise. Prinzipiell durchläuft das in dem Rohrsystem und den Zylindern befindliche Arbeitsgas dabei vier Zustandsänderungen, die durch entsprechende Arbeitszyklen der Kolben der Zylinder 3, 3' vorgegeben sind.The operation takes place in the motor devices according to the invention shown in Fig. 1 and 1a and Fig. 4 and 4a in an identical manner. In principle, the working gas in the pipe system and the cylinders passes through four changes of state which are predetermined by corresponding working cycles of the pistons of the
In einem ersten Arbeitszyklus des erfindungsgemäßen Motors wird in den jeweiligen Zwischenräumen zwischen den Kolben 1, 2, 1', 2' der Zylinder 3, 3' Arbeitsgas durch eine Aufeinanderzubewegung der jeweiligen Kolben komprimiert.In a first working cycle of the engine according to the invention, working gas is compressed in the respective interspaces between the
In einem zweiten Arbeitszyklus des erfindungsgemäßen Motors wird das so erhitzte Arbeitsgas, das über die Auslaßöffnung 141 des Zylinders 3' in das Rohr 201 bzw. über die Auslaßöffnung 141' des Zylinders 3' in das Rohr 201' gedrückt worden ist, von den Regeneratoren 200' bzw. 200 und den Erhitzern 300' bzw. 300 weiter aufgeheizt, wodurch der in dem Arbeitsgas vorherrschende Druck weiter gesteigert wird. In dem Rohr 202 hinter dem Erhitzer 300 bzw. in dem Rohr 202' hinter dem Erhitzer 300' herrscht deshalb ein insgesamt maximaler Druck des Arbeitsgases in dem gesamten Rohrsystem.In a second cycle of the engine according to the invention, the thus heated working gas, via the outlet opening 141 of the cylinder 3 'has been pressed into the
Durch die Einlaßöffnungen 130 , 130' tritt deshalb unter hohem Druck stehendes Arbeitsgas in den Zylinder 3 ein und gelangt zwischen entsprechende Zwischenräume zwischen den Kolben 1, 2 und drückt diese Kolben mit hohem Druck auseinander. Dies entspricht einem dritten Arbeitszyklus des erfindungsgemäßen Motors. Die Wärmeenergie des Arbeitsgases wird in diesem Arbeitszyklus des erfindungsgemäßen Motors durch ein Auseinanderdrücken der Zwischenräume zwischen den Kolben 1, 2 des Zylinders 3 in Rotationsenergie dieser Kolben umgewandelt. Das Arbeitsgas kühlt dabei in einer dritten Zustandsänderung ab.Through the
In einem vierten Arbeitszyklus des erfindungsgemäßen Motors wird das so entspannte Arbeitsgas über die Auslaßöffnungen 140, 140' aus dem Zylinder 3 herausgedrückt, indem die entsprechenden Zwischenräume zwischen den Kolben 1, 2 aufgrund einer Expansion der in Drehrichtung des Motors folgenden Zwischenräume zwischen diesen Kolben zusammengedrückt werden. Das Arbeitsgas erfährt daraufhin eine vierte Zustandsänderung, indem es von den Regeneratoren 200 und 200' und den Kühlern 400 und 400' weiter abgekühlt wird, so daß es in den Rohren 204 und 204' in einem stark abgekühlten Zustand vorliegt.In a fourth cycle of operation of the engine according to the invention, the working gas thus relaxed is forced out of the
Mit dem Zeitpunkt des Eintrittes in die Einlaßöffnungen 204' und 204 und nach Eintritt in die Einlaßöffnungen 204' und 204 wird das Arbeitsgas wieder komprimiert.With the time of entry into the
Der Zustand des Arbeitsgases, definiert durch seinen Druck und seine Temperatur, ist in der Tabelle 1 übersichtlich summarisch zusammengefaßt.The state of the working gas, defined by its pressure and its temperature, is summarized summarized in Table 1 summary.
Für eine schnelle Wirkungsminderung bzw. Wirkungserhöhung entsprechend einer Kraftminderung oder Krafterhöhung des erfindungsgemäßen Motors ist es möglich, zwischen einer heißen Leitung und einer kalten Leitung des erfindungsgemäßen Motors eine Überbrückungsleitung über ein Ventil zu aktivieren bzw. zu inaktivieren.For a rapid reduction in activity or increase in activity in accordance with a force reduction or force increase of the engine according to the invention, it is possible to activate or inactivate a bypass line via a valve between a hot line and a cold line of the engine according to the invention.
Fig. 2 und Fig. 5 zeigen eine schematische Darstellung der räumlichen Anordnung der Wellen 6, 7 bzw. 6', 7' bzw. Achsen der Zylinder 3, 3' und der Arbeitswelle 105 des erfindungsgemäßen Motors. Um einen zeitkorrekten Transport des Arbeitsgases von einem Zylinder zum anderen zu erreichen, bei dem der erfindungsgemäße Motor eine Arbeitsleistung liefert, sind die Achsen der beiden Zylinder so angeordnet, daß sie mit der Achse der Arbeitswelle, von der die Motorleistung abnehmbar ist, ein gleichschenkliges Dreieck bilden, wobei der Winkel zwischen den Katheten ca. 135° beträgt und der Winkel der Hypothenuse zu einer Kathete ca. 22,5° beträgt.Fig. 2 and Fig. 5 show a schematic representation of the spatial arrangement of the
In den Figuren 11 bis 20 ist der Aufbau und die Funktion des erfindungsgemäßen Ausgleichselementes dargestellt.In the figures 11 to 20, the structure and function of the compensating element according to the invention is shown.
Bei der in den Figuren 11 bis 12A dargestellten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Ausgleichselement diskret verstellbar.In the preferred embodiment of the device according to the invention shown in Figures 11 to 12A, the compensation element is discretely adjustable.
Wie in den Figuren 1 und 1A dargestellt ist das Ausgleichselement dabei von einem um die Wellen der beiden Einheiten gelegten Zahnriemen gebildet, der für einen Ausgleichsvorgang um einen oder mehr Zähne verschiebbar gelagert ist.As shown in FIGS. 1 and 1A, the compensating element is formed by a toothed belt placed around the shafts of the two units, which toothed belt is displaceably mounted around one or more teeth for a compensating process.
Wie Figur 2 zeigt, ist das Ausgleichselement von einer Fixierungseinrichtung gebildet, in der die jeweiligen die eine Drehkraftabgabeeinrichtung treibenden Wellen der Einheiten in unterschiedlichen Positionen fixiert gelagert sind, wobei in jeder dieser Positionen ein Kämmen der Zahnräder der Drehkraftabgabeeinrichtung mit den jeweiligen Zahnrädern der Wellen gewährleistet ist.As shown in FIG. 2, the compensating member is constituted by a fixing device in which the respective shafts of the units driving a rotational force output device are fixedly fixed in different positions, and in each of these positions, meshing of the gears of the rotational force output device with the respective gears of the shafts is ensured ,
Die Fixierungseinrichtung wiederum ist von einem Getriebekasten gebildet, in dem die jeweiligen die eine Drehkraftabgabeeinrichtung treibenden Wellen der Einheiten in unterschiedlichen Positionen fixiert gelagert sind, wobei in jeder dieser Positionen ein Kämmen der Zahnräder der Drehkraftabgabeeinrichtung mit den jeweiligen Zahnrädern der Wellen gewährleistet ist.The fixing device, in turn, is formed by a gear box in which the respective shafts of the units driving a torque output device are mounted fixed in different positions, wherein in each of these positions a meshing of the gears of the torque output device with the respective gears of the shafts is ensured.
Wie in den Figuren 12 und 12A dargestellt sind die jeweiligen die eine Drehkraftabgabeeinrichtung treibenden Wellen der Einheiten in einem festen Winkel von 135° zueinanderstehend angeordnet, wobei jeder Welle für jede dieser Winkelanordnungen eine betreffende Bohrung A, A' zugeordnet ist. Die Bohrungen B, B' betreffen einen anderen Winkel von in diesem Fall 120°.As shown in FIGS. 12 and 12A, the respective shafts of the units driving a torque output device are arranged at a fixed angle of 135 ° to each other, each shaft being associated with a respective bore A, A 'for each of these angular arrangements. The bores B, B 'relate to a different angle of 120 ° in this case.
Bei der in den Figuren 13 bis 15A dargestellten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Ausgleichselement kontinuierlich verstellbar.In the illustrated in Figures 13 to 15A preferred embodiment of the device according to the invention, the compensation element is continuously adjustable.
Das Ausgleichselement ist dabei als zwei verschiebbare Rollen ausgebildet, die zwischen den beiden Drehkraftabgabeeinrichtungen der beiden Einheiten angeordnet sind und über einen Zahnriemen mit den Drehkraftabgabeeinrichtungen treibend verbunden sind, wobei die verschiebbaren Rollen bei mutuell änderbarem Abstand in einer Richtung senkrecht zur Verbindungslinie der Drehkraftabgabeeinrichtungen reziprozierbar verschiebbar sind.The compensating element is designed as two displaceable rollers which are arranged between the two torque output devices of the two units and drivingly connected via a toothed belt with the torque output devices, wherein the displaceable rollers are reciprocally displaceable at mutually changeable distance in a direction perpendicular to the connecting line of the rotary power output devices ,
Wie in Figur 14 dargestellt sind ein erster Einlassschlitz eines sich diametral gegenüberliegenden ersten Einlassschlitzpaares eines ersten Zylinders und ein erster Auslassschlitz eines sich diametral gegenüberliegenden ersten Auslassschlitzpaares des ersten Zylinders 4° voneinander getrennt, und ein zweiter Einlassschlitz des sich diametral gegenüberliegenden ersten Einlassschlitzpaares und ein zweiter Auslassschlitz des sich diametral gegenüberliegenden ersten Auslassschlitzpaares sind in einem Winkelabstand von etwa 77° voneinander getrennt.As shown in Figure 14, a first inlet slot of a diametrically opposed first inlet slot pair of a first cylinder and a first outlet slot of a diametrically opposed first outlet slot pair of the first cylinder are separated 4 °, and a second inlet slot of the diametrically opposed first inlet slot pair and a second outlet slot of the diametrically opposed first Auslassschlitzpaares are separated at an angular distance of about 77 °.
Wie in Figur 14A dargestellt sind ein erster Einlassschlitz eines sich diametral gegenüberliegenden zweiten Einlassschlitzpaares eines zweiten Zylinders und ein erster Auslassschlitz eines sich diametral gegenüberliegenden zweiten Auslassschlitzpaares des zweiten Zylinders in einem Winkelabstand von etwa 35° voneinander getrennt, und ein zweiter Einlassschlitz des sich diametral gegenüberliegenden zweiten Einlassschlitzpaares und ein zweiter Auslassschlitz des sich diametral gegenüberliegenden zweiten Auslassschlitzpaares sind in einem Winkelabstand von etwa 47° voneinander getrennt.As shown in Figure 14A, a first inlet slot of a diametrically opposed second inlet slot pair of a second cylinder and a first outlet slot of a diametrically opposed second outlet slot pair of the second cylinder are spaced apart at an angular distance of about 35 °, and a second inlet slot of diametral opposite second inlet slot pair and a second outlet slot of the diametrically opposed second outlet slot pair are separated by an angular distance of about 47 °.
Alle Einlassschlitze und Auslassschlitze sind dabei im Zylinderkopf eines jeweiligen Zylinders ausgebildet.All inlet slots and outlet slots are formed in the cylinder head of each cylinder.
Die beiden Einheiten sind so angeordnet, dass ein Teil der Einrichtung, von dem die Drehkraft des Kreiskolbenmotors abnehmbar ist, von beiden Einheiten betrieben ist, und eine Heizeinrichtung, eine Wärmespeichereinrichtung und eine Kühleinrichtung in Verbindung mit einem Rohrsystem vorgesehen sind, durch das Einlassschlitze und Auslassschlitze der Hubräume des mindestens einen Zylinders der Einheiten miteinander verbunden sind.The two units are arranged so that a part of the device from which the rotational force of the rotary engine is detachable is operated by both units, and a heater, heat storage and cooling means are provided in communication with a pipe system through the intake ports and exhaust ports the displacements of the at least one cylinder of the units are interconnected.
Figur 16 zeigt eine Temperatur-Einheit TA der in Figur 11 dargestellten, zwei entsprechende Temperatur-Einheiten TA, TB aufweisenden bevorzugten Ausführungsform einer diskreten Verstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Querschnittsansicht. Diese Einheit weist dabei vier Ovalzahnräder auf, nämlich die miteinander kämmenden Ovalzahnräder 103, 104 sowie die miteinander kämmenden Ovalzahnräder 101, 102. Die Welle 6 ist einstückig mit dem Kolben 1 ausgebildet. Die Ovalzahnräder 102 und 103 sind dabei auf einer Welle 5' angeordnet. Das Ovalzahnrad 101 ist drehfest mit dem Kolben 2 verbunden, und das Ovalzahnrad 104 ist über die Welle 6 drehfest mit dem Kolben 1 verbunden. Die betreffenden Kolben sind in den Figuren 2a und 2b im Detail dargestellt. Die Getriebezahnräder 101, 102, 103 und 104 sind in einem Getriebekasten 28 derart untergebracht, dass diese Zahnräder miteinander kämmen, und auch die Getriebezahnräder 101', 102', 103' und 104' sind in einem Getriebekasten 28' derart untergebracht, dass diese Zahnräder miteinander kämmen.FIG. 16 shows a temperature unit TA of the preferred embodiment of a discrete adjusting device of the rotary piston heat engine device according to the invention shown in FIG. 11 and having two corresponding temperature units TA, TB in a cross-sectional view. This unit has four oval gears, namely the intermeshing oval gears 103, 104 and the intermeshing oval gears 101, 102. The
Der Arbeitsablauf ist dabei entsprechend demjenigen, wie er in den Figuren 1 bis 10 mit Ausnahme der Figur 2 dargestellt ist.The workflow is in accordance with that, as shown in Figures 1 to 10 with the exception of Figure 2.
Fig.17 zeigt die Einheiten I und II einschließlich des als Riemen 120 ausgebildeten Ausgleichselement einschließlich Riemenräder 32, 32' der in Figur 11 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der diskreten Verstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Ansicht von schräg hinten, und Fig.18 zeigt dabei die Einheiten I und II mit ihren jeweiligen miteinander thermisch gekoppelten Temperatur-Einheit TA und TB in einer Ansicht von vorne.17 shows the units I and II including the compensating element formed as
Fig.18 zeigt die Einheiten I und II mit ihren jeweiligen miteinander thermisch gekoppelten Temperatur-Einheit TA und TB in einer Ansicht von vorne, Fig.18a zeigt dieselben Einheiten I und II in einer Ansicht von oben und Fig.18b zeigt dieselben Einheiten I und II in einer Seitenansicht. Im Bereich der Öffnungsschlitze 131, 131'; 141, 141' eines Zylinderdeckels 33 sowie der Öffnungsschlitze 130, 130'; 140, 140' eines Zylinderdeckels 33' sind dabei über Gaskommunikationsverbindungen 300, 400 miteinander verbunden.Fig. 18 shows the units I and II with their respective thermally coupled temperature units TA and TB in a front view, Fig. 18a shows the same units I and II in a top view, and Fig. 18b shows the same units I and II in a side view. In the region of the opening
Fig.19 zeigt eine Einheit II der Temperatur-Einheit TB einer diskreten Verstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Explosionsansicht und Fig.20 zeigt eine Einheit I einer Temperatur-Einheit TA einer diskreten Verstelleinrichtung der erfindungsgemäßen Kreiskolben-Wärmemotor-Vorrichtung in einer Ansicht von schräg oben.19 shows a unit II of the temperature unit TB of a discrete adjusting device of the rotary piston heat engine device according to the invention in an exploded view and FIG. 20 shows a unit I of a temperature unit TA of a discrete adjusting device of the rotary piston heat engine device according to the invention in an oblique view from above.
Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele der Erfindung dienen lediglich dem Zweck eines besseren Verständnisses der durch die Ansprüche definierten erfindungsgemäßen Lehre, die als solche durch die Ausführungsbeispiele nicht eingeschränkt ist.The above-described embodiments of the invention are only for the purpose of better understanding of the teaching defined by the claims according to the invention, which is not limited as such by the embodiments.
Claims (17)
- A rotary piston heat engine system (100) composed of two units (I, II) each comprising two pistons (1, 2) mounted for movement in opposite directions, the pistons being each mounted for rotation in a cylinder (3, 3'), wherein the longitudinal axes (4, 4') of the pistons (1, 2) and cylinders (3, 3') are collinear, and the pistons (1, 2) are mounted for movement in opposite directions, and a plurality of effective cylinder displacements (8, 9, 11, 12) is formed in each case between two radial boundary surfaces (10, 20) of the two respective pistons (1, 2), which execute an angular motion relative to each other when the engine (100) is operating, and at least one mechanism (110) is provided that superimposes a circular motion on the angular motion of the two pistons (1, 2), and each unit comprises a shaft (6, 6') for driving a torque-producing device (5 or 5', 5"), and wherein heating means and cooling means connected to a pipe system are provided, by means of which the inlet ports (130, 130' ; 131, 131') and outlet ports (140, 140'; 141, 141') of the displacements of the cylinders (3, 3') of the units (I, II) are interconnected, characterized in that a compensating device is provided that balances the positions of the respective pistons in the two units (I, II) in the event of a possible phase shift in the synchronization of the two units (I, II), in order to effect an optimal phase response, and the compensating device (120) is discretely adjustable and is in the form of a toothed belt disposed around the shafts of the two units (I, II) embodied as torque-producing devices (5', 5"), which belt is mounted for displacement by one or more teeth to effect compensation.
- A rotary piston heat engine system as defined in claim 1, characterized in that the compensating device is embodied as an anchoring system (122), in which the respective shafts (6, 6') of the units (I, II) adapted to drive a torque-producing device (5,) are stably mounted in different positions, and in each of these positions meshing of the gear wheels of the torque-producing device with the respective gear wheels on said shafts is guaranteed.
- A rotary piston heat engine system as defined in claim 2, characterized in that said anchoring system is embodied as a gearbox in which the respective shafts (6, 6') of the units adapted to drive a torque-producing device (5; 5', 5") are stably mounted in different positions and in each of these positions meshing of the gear wheels of the torque-producing device with the respective gear wheels on said shafts is guaranteed.
- A rotary piston heat engine system (100) composed of two units (I, II) each comprising two pistons (1, 2) mounted for movement in opposite directions, the pistons being each mounted for rotation in a cylinder (3, 3'), wherein the longitudinal axes (4, 4') of the pistons (1, 2) and cylinder (3, 3') are collinear, and the pistons (1, 2) are mounted for movement in opposite directions, and a plurality of effective cylinder displacements (8, 9, 11, 12) is formed in each case between two radial boundary surfaces (10, 20) of the two respective pistons (1, 2), which execute an angular motion relative to each other when the engine (100) is operating, and at least one mechanism (110) is provided that superimposes a circular motion on the angular motion of the two pistons (1, 2), and each unit comprises a shaft (6, 6') for driving a torque-producing device (5 or 5', 5"), and wherein heating means and cooling means connected to a pipe system are provided, by means of which the inlet ports (130, 130'; 131, 131') and outlet ports (140, 140'; 141, 141') of the displacements of the cylinders (3, 3') of the units (I, II) are interconnected, characterized in that a compensating device is provided that balances the positions of the respective pistons in the two units (I, II) in the event of a possible phase shift in the synchronization of the two units (I, II), in order to effect an optimal phase response, and the compensating device is continuously adjustable and is in the form of two displaceable rollers (240, 241) disposed between the two torque-producing devices (5', 5") of the two units (I, II) and are drivingly connected to the torque-producing devices (5', 5") via a toothed belt, which displaceable rollers (240, 241) are reciprocately displaceable over a mutually variable distance in a direction perpendicular to the connecting line between the torque-producing devices (5', 5'').
- A rotary piston heat engine system as defined in claim 3 or claim 4, characterized in that the respective shafts (6, 6') of the units adapted to drive a torque-producing device (5; 5', 5") are disposed relative to each other at a fixed angle of 135 ° or 125 °, there being assigned to each shaft (6, 6') a respective bore A, A' and B, B', respectively, for each of these angular configurations. (Fig. 12, Fig. 12A)
- A rotary piston heat engine system as defined in claim 4, characterized in that the two displaceable rollers (240, 241) are in the form of eccentric rollers.
- A rotary piston heat engine system as defined in any one of claims 1 to 6, characterized in that a first inlet port (130) of a diametrically opposed first pair of inlet ports (130, 130') of a first cylinder (3) and a first outlet port (140) of a diametrically opposed first pair of outlet ports (140, 140') of the first cylinder (3) are separated from each other by 0.5 ° to 8 ° and a second inlet port (130') of the diametrically opposed first pair of inlet ports (130, 130') and a second outlet port (140') of the diametrically opposed first pair of outlet ports (140, 140') are separated from each other by an angular distance of approximately 55 ° to 95°.
- A rotary piston heat engine system as defined in claim 7, characterized in that a first inlet port (130) of the diametrically opposed first pair of inlet ports (130, 130') and a first outlet port (140) of the diametrically opposed first pair of outlet ports (140, 140') are separated from each other by 4 °.
- A rotary piston heat engine system as defined in claim 7 or claim 8, characterized in that a second inlet port (130) of the diametrically opposed first pair of inlet ports (130, 130) and a second outlet port (140) of the diametrically opposed first pair of outlet ports (140, 140) are separated from each other by an angular distance of approximately 77 °.
- A rotary piston heat engine system as defined in any one of claims 1 to 9, characterized in that a first inlet port (131) of a diametrically opposed second pair of inlet ports (131, 131') of a second cylinder (3') and a first outlet port (141) of a diametrically opposed second pair of outlet ports (141, 141') of the second cylinder (3') are separated from each other by an angular distance of approximately 25 ° to 45 ° and a second inlet port (131') of the diametrically opposed second pair of inlet ports (131, 131') and a second outlet port (141') of the diametrically opposed second pair of outlet ports (141, 141') are separated from each other by an angular distance of approximately 30 ° to 60 °.
- A rotary piston heat engine system as defined in claim 10, characterized in that a first inlet port (131) of the diametrically opposed second pair of inlet ports (131, 131') and a first outlet port (141) of the diametrically opposed second pair of outlet ports (141, 141') are separated from each other by an angular distance of approximately 34 °.
- A rotary piston heat engine system as defined in claim 10 or claim 11, characterized in that a second inlet port (131') of the diametrically opposed second pair of inlet ports (131, 131' and a second outlet port (141') of the diametrically opposed second pair of outlet ports (141, 141') are separated from each other by an angular distance of approximately 47 °.
- A rotary piston heat engine system as defined in any one of claims 7 to 12, characterized in that all inlet ports and outlet ports are formed in the cylinder head (33; 33') of the a respective cylinder (3; 3').
- A rotary piston heat engine system as defined in any one or more of the previous claims, characterized in that additionally heat storage means are provided which are connected to the heating means and the cooling means.
- A rotary piston heat engine system as defined in any one or more of the previous claims, characterized in that the two units are such that that part of the system (5, 102, 103) from which the torque of the rotary piston engine (100) can be outputted is driven by both units (I, II), and heating means, heat storage means, and cooling means connected to a piping system are provided, which piping system connects the inlet ports and outlet ports of the piston displacements of the at least one cylinder (3) of the units (I, II) to each other.
- Use of a rotary piston heat engine system as defined in any one of the previous claims as a heat pump by supplying rotational energy to the torque-producing devices (5; 5', 5").
- Use of a rotary piston heat engine system as defined in any one of the previous claims as a refrigerating machine by supplying rotational energy to the torque-producing devices (5; 5', 5").
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