DK167983B1 - Kraftomsaetningsmaskine med stempler, som bevaeges i en drejevevaegelse i et sfaerisk hus - Google Patents

Description

i DK 167983 B1

Den foreliggende opfindelse angår en kraftomsætningsmaskine med et par af indbyrdes modsatte, hver for sig dobbeltvirkende stempler, som bevæges i en drejebevægelse i et sfærisk hus, hvor stemplerne er stift forbundet med hinanden via et fælles navparti centralt i det sfæriske 5 hus, og er anbragt på hver sin side af en centralt arrangeret tværgående skilleplade, som lokalt gennemløbes af stemplernes navparti, og hvor stemplerne ved diametralt modsatte ender, dvs. asymmetrisk i forhold til hvert stempel, via hver sin drejetap er drejeligt lejret i det sfæriske hus om en første akse.

10 Fra NO patentansøgning nr. 810691 kendes en kraftomsætningsmaskine af ovennævnte type. Der er beskrevet to indbyrdes sammenhængende, modsat rettede, keglestubformede stempler, som afrulles på modsatte sider af en fælles, stationær skilleplade centralt i det sfæriske hus. Nærmere bestemt afgrænses par af henholdsvis vol menforøgende og volumenformind-15 skende arbejdskamre ved hjælp af hvert stempel og en gi ideplade (navparti) mellem stemplerne, på modsatte sider af rulleanlægget mellem stemplet og skillepladen. Man er her afhængig af en gi ideplade, som forbinder stemplerne med hinanden, og som kan vippes i en aftætnende spalte i den stationære skilleplade.

20 Den foreliggende opfindelse har til formål at tilvejebringe en enklere og i praksis mere fleksibel løsning i konstruktionsmæssig og brugsmæssig henseende. Specielt tages sigte på en løsning, hvor man undgår de nævnte afrulningsbevægelser for stemplerne mod skillepladen og den aksialt glidende bevægelse af gi idepladen, som forbinder stemplerne 25 med hinanden, og hvor der i stedet kan benyttes en lettere kontrollerbar frem- og tilbagegående bevægelse for stemplerne, og samtidig en lettere tætnelig forbindelse mellem stemplerne og skillepladen.

Kraftomsætningsmaskinen ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at w·1' hvert stempel på i og for sig kendt måde har form som et kuglesegment 30 med modsat rettede stempel flader, som yderst er afsluttet ved kuglesegmentets eller stemplets sfæriske flade, og som inderst er forbundet med hinanden via nævnte navparti med mellemliggende del-cylindriske navparti flader, som danner lejeflader mod tilsvarende del-cylindriske ski 11e-vægsflader, og at skillepladen er svingbart lejret i det sfæriske hus om 35 en anden akse, som krydser den første akse i centrum af det sfæriske hus, idet skillepladen ved modsatte ender af stemplernes navparti er udstyret med lejepartier med en del-cylindrisk lejeflade for hvert stempel og med endelejeflader, som svarer til endelejeflader i stemplernes DK 167983 B1 2 navparti.

Fra 6B patentskrift nr. 1 259 801 og nr. 1 549 269 kendes løsninger, hvor hvert stempel har form af et kuglesegment med modsat rettede stempel flader, som yders t er afsluttet ved kuglesegmentets eller stemp-5 lets sfæriske flade. Stemplerne afgrænser direkte mellem sig to modsat virkende arbejdskamre.

Ved ifølge opfindelsen at benytte en svingbart lejret skilleplade kan der rent konstruktionsmæssigt opnås en enklere og mere effektivt samvirkende forbindelse mellem skillepladen og stemplerne. Specielt kan 10 skillepladen deltage i visse bevægelser sammen med stemplerne og i andre bevægelser relativt til stemplerne, således at volumenændringen i de respektive arbejdskamre kan opnås ved en sammensat, tvangsstyret, relativ bevægelse af stemplerne og skillepladen. Nærmere bestemt kan stempelfladen og skillepladens modstående flade vippes mod og fra hinanden, 15 samtidig med at stemplerne og skillefladen bevæger sig samlet på en indbyrdes tvangsstyret måde i forhold til inderfladen af det sfæriske hus.

Ved ifølge opfindelsen at benytte stempler i form af kuglesegmenter og en skilleplade, som er vippeligt forbundet med stemplerne, kan det gøres muligt, at stempel fladerne og modsvarende, modstående flader i 20 skillepladen udformes med varierende form efter behov for derved at tilpasses kompressionsforholdene, åbning og lukning af indløbs- og udløbsåbninger, eventuelle ventil åbninger osv. på den efter forholdene gunstigst mulige måde. Eksempelvis kan de nævnte flader være plane eller have modsvarende, mere eller mindre arbitrære kurveforløb ved lokalt at 25 forøge eller formindske tykkelsen af skillepladen og stemplerne.

Ifølge opfindelsen vil det også være muligt at fastlægge arbejds-kamrenes størrelse, alt efter dimensionerne, som fastlægges for skille-pladen og stemplerne samt efter hvilke vinkler der fastlægges mellem stempel tappenes rotationsakse (nævnte første akse) og stemplernes vippe-30 akse (navaksen).

Ifølge opfindelsen kan der ved hjælp af de to stempler og den samvirkende skilleplade, over en drejningsvinkel på 360°, for hvert af de fire arbejdskamre opnås henholdsvis to efter hinanden følgende arbejds-.cyklusser med hvert sit indsugnings- og udblæsningstrin (for eksempel 35 for to-takts forbrændingsmotor) og en arbejdscyklus med tilsvarende fire arbejdstrin (fire-takts forbrændingsmotor). Ved en vinkel mellem ovennævnte akser på eksempelvis 35° kan der i hvert af maskinens fire arbejdskamre fås en samlet (frem- og tilbagegående) vinkelbevægelse for DK 167983 B1 3 hvert stempel på 140° (4 x 35°) og derved en total vinkelbevægelse for alle fire stempler på 560°. Det er en væsentlig fordel for visse anvendelseseksempler ifølge opfindelsen, at hver arbejdscyklus kan fastlægges til en drejningsvinkel på 180°, hvoraf så godt som den ene halve drej-5 ningsvinkel (op imod 90°) benyttes til indsugningstrinnet, mens så godt som den anden halve drejningsvinkel (op imod 90°) benyttes til udblæsningstrinnet. Tilsvarende er det en fordel for andre anvendelser (for eksempel til en fire-takts forbrændingsmotor), at hver arbejdscyklus (fire takter I-IV) kan fastlægges til en drejningsvinkel på 360°, hvoraf 10 så godt som den ene halve drejningsvinkel kan benyttes til to af takterne (for eksempel takterne I og II), mens så godt som den anden halve drejningsvinkel kan benyttes til de øvrige to takter (for eksempel takterne III og IV). Endvidere er det i det sidstnævnte tilfælde en fordel, at to nabo-kamre efter tur gennemløber to på hinanden følgende arbejds-15 takter. Ved brug af to motorenheder på en og samme aksel kan forbundne arbejdskamre efter tur gennemløbe alle fire arbejdstakter (I-IV).

Ifølge opfindelsen kan der derfor på denne måde (i en to-takts forbrændingsmotor eller i en anden motor eller maskine) fås en effektiv styring af indsugningstrinnet i to af arbejdskamrene, mens man samtidig 20 har en tilsvarende effektiv styring af udblæsningstrinnet i de to øvrige arbejdskamre. Efter en arbejdscyklus på 180° (drejning på 180° i det sfæriske hus) med deri indbefattede, indbyrdes efterfølgende indsugnings- og udblæsningstrin, opnås en tilsvarende yderligere arbejdscyklus på 180° med tilsvarende indsugnings- og udblæsningstrin. Om ønsket kan 25 vinklen mellem de nævnte to akser fastlægges til en større eller mindre vinkel end den nævnte vinkel på 35° for derved at ændre vol urnet i hvert arbejdskammer tilsvarende for hvert arbejdstrin.

Rent konstruktionsmæssigt foretrækkes det, at stemplerne og deres fælles navparti gennemløbes af en krumtapaksel, som via en tredje rota-30 tionsakse er drejeligt lejret i stemplerne, og som har rotations- og tryklejer i hvert stempel, idet krumtapakslen på en i og for sig kendt måde er stift forbundet med de nævnte drejetappe.

Herved kan stemplerne med tilhørende navparti på effektiv måde lejres på en fælles, gennemgående krumtapaksel med mulighed for effektiv 35 gennemstrømning af smøremiddel i lejepartierne mellem krumtapaksel og stemplerne. Samtidig kan der på bekvem måde sikres en effektiv tætning mellem smøremiddel passagen og de respektive arbejdskamre i det sfæriske hus.

DK 167983 B1 4

Det er en væsentlig fordel ifølge opfindelsen, at stemplerne med tilhørende fælles krumtapaksel tilsammen danner et stift rotationslegeme, som er drejeligt inden i det sfæriske motorhuskammer, dvs. drejeligt mellem to aksel tappe, som er drejeligt lejret i motorhuset lige uden for 5 motorhuskammeret. Det er en tilsvarende fordel, at skillevæggen, som også har form af et rotationslegeme, kan vippes i motorhus kammeret, og er drejeligt lejret i motorhuset lige udenfor motorhuskammeret i det hulrum, som dannes mellem stemplerne og krumtapakslen. Der er mulighed for at tvangsstyre skillevæggens vippebevægelse på en nøjagtig og kontrolle-10 ret måde inden for stemplernes rotationsbevægelse, således at retardationskræfter undgås, både i stemplerne og i skillevæggen. Der er også mulighed for at forme de nævnte dele på en særlig kompakt måde med lille pladsbehov, dvs. med stor volumetrisk virkningsgrad. Endvidere er der mulighed for at opnå minimal friktion med minimal tilpasningstolerance 15 og med en nøjagtig tilpasning af delene i forhold til hinanden.

Ved ifølge opfindelsen at have en arbejdscyklus på 180° (mod 270° ved løsningen ifølge NO patentansøgning 81 0691), opnås et langt enklere arrangement med en enklere og mere fordelagtig placering af indløbs- og udløbsåbninger og eventuelt andet udstyr, med et mindre antal ventiler 20 eller eventuelt uden ventiler og med en enklere og mere effektiv styring af ventiler og øvrigt udstyr. Yderligere kan der opnås forholdsvis enkel tætning, hvor dette er nødvendigt.

Maskinen ifølge opfindelsen kan som følge af den forholdsvis store ydelse med et forholdsvis lille volumen og derved med et lille pladsbe-25 hov benyttes til mange forskellige formål. For eksempel kan maskinen benyttes som en kompressor, en pumpe, en pneumatisk eller hydraulisk motor, en stempeldampmaskine, en stiriingmotor eller lignende. I et sådant tilfælde kan henholdsvis indløbsåbningerne og udløbsåbningerne styres af stemplernes henholdsvis skillepladens bevægelser i forhold til det sfæ-30 riske hus, uden brug af ventiler eller andre styringsanordninger.

I et tilfælde, hvor maskinen har form af en fire-takts forbrændingsmotor, kan udstødningsåbningerne og skyil eluftåbningerne styres dels af separate ventiler og dels af skillepladen henholdsvis stemplerne ved tildækning henholdsvis afdækning af åbningerne med skillepladen hen-35 holdsvis stemplerne. Man kan herved i visse af takterne styre, dvs. holde udstødningsåbningerne og skyli el uftåbni ngerne henholdsvis åbne og . lukkede med ventiler, mens tidspunktet for og varigheden af luftskylningen og udstødningsudtømningen i sin helhed kan styres af skillepladens DK 167983 B1 5 henholdsvis stemplernes bevægelser.

I et tilfælde, hvor maskinen har form af en stirlingmotor, kan maskinen bestå af to motorenheder, som er forbundet til hver sin ende af en fælles aksel, idet den ene motorenhed er forbundet med en varmeanord-5 ning, mens den anden motorenhed er forbundet med en køleanordning, og en varmeveksler er arrangeret om den fælles aksel mellem køleanordningen og varmeanordningen. Der opnås herved på flere måder en særlig gunstig løsning med mulighed for en tæt sammentrængt motor med volumetrisk høj y-delse. Dette medfører, at maskinen, dvs. stirlingmotoren, kan have stor 10 anvendelse på en række forskellige områder.

Det foretrækkes i sidstnævnte tilfælde, at de to motorenheder er forbundet med hinanden via en vinkel reguleringsanordning, til regulering af motorenhedernes arbejdstakt i forhold til hinanden, idet reguleringsanordningen fortrinsvis har form af en med en reguleringsventil styret, 15 hydraulisk drevet drejestempel-anordning, og at reguleringsanordningen er indrettet til, ved vinkeldrejning af motorenhederne i forhold til hinanden om en fælles rotationsakse, at styre motorydelsen henholdsvis . at dreje de to motorenheder til drift i to indbyrdes modsatte drejeret-ninger.

20 Yderligere egenskaber ved opfindelsen vil fremgå af den følgende beskrivelse under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et vertikalt snit af maskinen ifølge opfindelsen, illustreret i form af en kompressor, med stemplerne vist i den ene yderstilling og med snittet lagt centralt gen-25 nem stemplernes fælles krumtapaksel, fig. 2 viser maskinen fra fig. 1, delvis i snit og delvis set fra siden, med samme stempel stilling som vist i fig. 1, men vist i et snit vinkelret på snittet i fig. 1, fig. 3 viser ligesom i fig. 2 maskinen delvis i snit og delvis 30 · set fra siden efter 45° drejning af krumtapakslen ud fra den i fig. 2 viste stilling, fig. 4 viser et snit, som er lagt centralt gennem stemplernes fælles krumtapaksel med stemplerne vist i samme vinkel -stilling som vist i fig. 3, 35 fig. 5 viser skematisk en maskine ifølge opfindelsen i form af en trippel-ekspansions stempel-dampmaskine, hvor også dampmaskinens fødepumpe udgøres af en maskine ifølge opfindelsen, DK 167983 B1 6 fig. 6 viser i snit en detalje ved maskinerne fra fig. 5, fig. 7 viser skematisk en maskine ifølge opfindelsen i form af en otte-kamret stirlingmotor, fig. 8 og 9 viser en reguleringsanordning for stirlingmotoren 5 fra fig. 7, vist henholdsvis ved snittet 8-8 i fig. 9? og ved snittet 9-9 i fig. 8, fig. 10 og 11 viser en maskine ifølge opfindelsen i form af en fire-takts forbrændingsmotor, vist med snittet 10-10 i fig. 11 og med snittet 11-11 i fig. 10, 10 fig. 12 viser skematisk de fire takter for respektive fire motor kamre i maskinen fra fig. 10 og 11.

Fig. 1-4 viser en kraftomsætningsmaskine, som i den foreliggende udførelsesform er vist i form af en kompressor til pumpning af gasformet 15 pumpemedium henholdsvis i form af en pumpe til pumpning af væskeformet pumpemedium. Alternativt kan maskinen anvendes som pneumatisk eller hydraulisk motor, drevet af gasformet henholdsvis væskeformet trykmedium.

Der er vist et sfærisk hus 10, som er sammensat af to i hovedsagen ens dele 10a og 10b. Delene 10a, 10b er samlet via modsvarende flange-20 partier 11 med fastgørelseshuller 11a og tilhørende fastgørelsesbolte 12, således at der indvendigt i huset afgrænses et kugleformet hulrum 13.

Hver husdel 10a og 10b er udstyret med et hylsterformet lejeparti 14 ved enden modsat flangepartiet 11. I lejepartiet 14 er der i fig. 1 25 vist et par kombinerede rotations- og tryklejer 15, 16, hvori der drejeligt er lejret en drejetap 17a og 17b, som danner en del af en krumtapaksel 18. Krumtapakslen 18 går gennem huset 10 med tilhørende lejepartier 14. Krumtapakslens 18 hovedparti 18a er i fast forbindelse med drejetappene 17a og 17b. I den viste udførelsesform er drejetappene og 30 krumtapakselens 18 hoverparti 18a fremstillet i et stykke. I overgangen mellem drejetappen og krumtapakslens hovedparti 18a er der et kraveparti 19, som danner en tætning mod lejepartiet 14 via en pakning 20. Krumtapakslens 18 hovedparti 18a er udstyret med et midterste, cylindrisk skaftparti 21 med en mindste diameter dl og et par efterfølgende, mod-35 satliggende navpartier 22 med middel di ametre d2 samt et yderligere par efterfølgende, modsatliggende kugleskalspartier 23 med største diameter d3.

Krumtapakslen 18 er drejeligt lejret om en første rotationsakse x- DK 167983 B1 7 x gennem centrum af drejetappene 17a, 17b og centrum af huset 10, mens krumtapakslens hovedparti 18b har en hovedakse y-y, som i den viste udførelsesform danner en vinkel på 35° med aksen x-x. Krumtapakslens 18 hovedparti 18a er drejeligt lejret i en stempel konstruktion 24 med en 5 indvendig sektionsvis aftrappet boring 25, som optager hovedpartiet ?18a med en vis pasning og med mellemliggende bøsninger 26, 27. Ved 28 og 29 er vist tætninger mellem det respektive kugleskalsparti 23 og stempel -konstruktionen 24, og ved 30 og 31 er vist tætninger mellem stempel-konstruktionens 24 sfæriske endeflade 32 og husets 10 indvendige sfæri-10 ske flade 33 henholdsvis navpartiets 22 sfæriske inderflade 34. Der er vist en gennemgående passage 35 via drejetappen 17a, navpartiet 22, kugleskal sparti et 23 og det ringformede mellemrum mellem krumtapakslens hoveddel 18a og boringen 25 i stempel konstruktionen samt kugleskalspartiet, navpartiet og drejetappen 17a ved krumtapakslens modsatte ende.

15 Stempel konstruktionen 24 består af to modstående stempler 36 samt et mellemliggende, fælles navparti 37, som udgør en sammenhængende enhed. Nærmere bestemt er stempel konstruktionen 24 fremstillet i to halvdele (delt langs aksen y-y og vinkelret på tegningens plan i fig. 1), som er fæstet til hinanden med skruebolte eller lignende løsbare fastgø-20 ringsmidler på ikke nærmere vist måde. Herved kan stempel konstruktionen monteres på plads uden på krumtapakslen på en nem måde.

Hvert stempel 36 er udstyret med to modstående stempelflader 36a, 36b, som på tegningen er vist i form af plane flader, vinkelret på tegningens plan i fig. 1. Det mellemliggende navparti 37 er udstyret med 25 modsvarende, indbyrdes modstående cylindriske tætningsflader 37a og 37b. Navpartiet 37 har en kortere udstrækning på tværs af tegningens plan i fig. 1 end stemplerne 36, og er ved enderne udstyret med radiale tætningsflader, som trykker aksialt an mod modsvarende radiale tætningsfla-der i modstående navpartier 38 og 39 i en skilleplade 40 (se fig. 2). Af 30 fig. 1 fremgår, at stempel konstruktionens navparti er anbragt i en gennemgående spalte i skillepladen 40 med tætningsdannende anlæg via tætningsfladerne 37a og 37b mod konkave tætningsflader 41a, 41b i spalten, som er udskåret centralt i skillepladen 40.

Skillepladen 40 er ved omkredskanten udstyret med to modstående 35 drejetappe 42, 43, som er drejeligt lejret i tilhørende lejebøsninger 44, 45 i tilsvarende udsparinger i de indbyrdes sammenstødende flangepartier om en akse z-z. Skillepladen er udstyret med to modstående kug-1esegmentformede skivepartier 46, 47, som er forbundet med hinanden via DK 167983 B1 8 de nævnte navpartier 38, 39 (se fig. 2). Af monteringsmæssige årsager er skillepladen 40 delt i to dele, parallelt med tegningens plan i fig. 1 (ikke vist på figuren).

I fig. 1 er stemplerne 36 vist i deres respektive ene yderstil -5 ling, hvor der dannes et arbejdskammer 48a henholdsvis 49a med maksimalt volumen på modstående sider af skillepladen 40 mellem stempelfladen 36b og ski 11epladefladen 47a henholdsvis 46b. Tilsvarende dannes der et arbejdskammer (48b henholdsvis 49b, som vist nærmere i fig. 3) med minimalt volumen på modstående sider af skillepladen 40 mellem stempelfladen 10 36a og skillepladefladen 47b henholdsvis 46a.

I fig. 2 er der med brudte linjer 50a antydet den ene af to indløbsåbninger (som er anbragt indbyrdes diametralt modsat) i husets 10 sfæriske inderflade, lige ved samlingen mellem de to husdele 10a og 10b. Tilsvarende er der med brudte linjer 50b antydet den ene af to udløbsåb-15 ninger, som er arrangeret i husets 10 sfæriske inderflade, lige ved samlingen mellem de to husdele 10a og 10b. I fig. 2 er antydet den ene indløbsåbning 50a og den ene udløbsåbning 50b, som er arrangeret på hver sin side af skillepladens 40 drejetap 42 i den ene del af huset 10, som er udeladt i fig. 2, mens tilsvarende åbninger 50b og 50a er arrangeret 20 på tilsvarende måde på hver sin side af den anden drejetap 43 i den i fig. 2 bagerste væg af huset 10. I den viste stilling i fig. 2 er samtlige fire åbninger tildækket af skillepladens 40 sfæriske endeflader 46c (47c). Ved udsvingning af skillepladen 40 fra den i fig. 2 viste stilling - forårsaget af en drejning i rotationsretningen, som er vist med 25 en pil PI, af krumtapakslen 18 med tilhørende stempler 36 og navparti 37 om aksen x-x og en tilsvarende vipning i vipperetningen, som er vist med en pil P2, af skillepladen 40 om dens akse z-z - vil hver af åbningerne 50a henholdsvis 50b blive sat i forbindelse med hver sit arbejdskammer henholdsvis 48a, 48b, 49a, 49b.

30 I fig. 3 er stemplerne 36 og skillepladen 40 vist i en mellemstil ling mellem to yderstillinger, dvs. efter drejning af stemplerne 36 90° om aksen x-x og en tilsvarende tvungen omvipning af skillepladen 40 35° om aksen z-z. I den i fig. 3 viste mellemstilling er der antydet et frilagt areal 51 henholdsvis 52 (vist med krydsskravering) mellem skille-35 pladens 40 sfæriske endeflade 47c (46c) og det respektive stempels 36 sfæriske endeflade 36c. Det fremgår af fig. 3, at arealerne 51 og 52 styres af bevægelsen af skillepladen 40 og det respektive stempel 36 i fællesskab. Fra den i fig. 2 til den i fig. 3 viste stilling vil ar- DK 167983 B1 9 bejdskammeret 48a (49a) aftage i volumen, mens arbejdskammeret 48b (49b) til tiltage i volumen.

Fra den i fig. 3 til stemplernes anden yderstilling vil skillepladen 40 vippe tilbage mod skillepladens udgangsstilling, som vist i fig.

5 2, ved vipning i vipperetningen som vist med en pil P3. Ved denne ti?lba-gevipning af skillepladen vil arbejdskammeret 48a (49a) fortsætte med at aftage i volumen mod et minimum (svarende til det, som er vist i fig. 2 for arbejdskammeret 48b), mens tilsvarende arbejdskammeret 48b (49b) vil fortsætte med at tiltage i volumen mod et maksimum, efter drejning af 10 stempel konstruktionen 180° fra udgangsstillingen som vist i fig. 1 og 2. Derefter vil kammeret 48a (49a) i en ny modsvarende cyklus forøges i volumen, mens kammeret 48b (49b) tilsvarende aftager i volumen, mens stempelkonstruktionen gennemløber de sidste 180° af en drejning på 360° tilbage til udgangsstillingen i fig. 1 og 2. Under denne 360° drejning har 15 hvert arbejdskammer 48a, 48b, 49a, 49b foretaget en fuldt afsluttet ar-bejdscyklus med indsugning og udstødning (henholdsvis udstødning og indsugning) af arbejdsmedium, dvs. fire modsvarende volumener parvist efter tur. I fig. 4 er vist to rørstudse 53 og 54, som kommunikerer med hver sin tilhørende indløbsåbning henholdsvis udløbsåbning i huset 10 på ikke 20 nærmere vist måde via vægpartiet ved husdelenes 10a, 10b flangepartier 11. To yderligere rørstudse er på lignende måde anbragt på diametralt modstående vægpartier i huset i tilknytning til de to øvrige åbninger (indløbsåbningen henholdsvis udløbsåbningen).

I den i fig. 1-4 viste udførelsesform er opfindelsen vist i form 25 af en kompressor eller pumpe til punmning af gasformet eller væskeformet arbejdsmedium. Men konstruktionen kan som nævnt lige så godt anvendes som en pneumatisk eller hydraulisk motor, som drives af et gasformet eller væskeformet arbejdsmedium (trykmedium). I det følgende beskrives som illustrerende udførelsesformer et udvalg af forskellige maskintyper med 30 tilhørende ekstraudstyr, men med hovedkomponenter, som svarer til hovedkomponenterne ifølge udførelsesformen i fig. 1-4.

En anden udførelsesform, som er vist i fig. 5, viser en trippel-ekspansions stempel-dampmaskine 60 med tre seriekoblede dampmotorer 61, 62, 63. Motoren 61 tilføres frisk damp fra en dampkedel 64 via to paral-35 lelle damptilførselsledninger 64a, 64b, mens udstødningsdamp fra motoren 61 tilføres motoren 62 via to parallelle dampledninger 65a, 65b, og udstødningsdamp fra motoren 62 via to dampledninger 66a, 66b tilføres motoren 63, samt udstødningsdamp fra motoren 63 via to ledninger 67a, 67b i DK 167983 B1 10 tilføres en dampkondensator 68. Fra kondensatoren 68 tilføres kodensat via en ledning 68a til en kaskadetank 69. Fra kaskadetanken 69 løber en ledning 70, som forgrener sig i to grenledninger 70a, 70b, til en fire-kamret fødepunpe 71. Fra fødepumpen 71 løber to grenledninger 72a, 72b 5 til dampkedlen 64.

Hver af motorerne 61, 62, 63 samt fødepumpen 71 er af tilsvarende generelle type som vist henholdsvis i fig. 6 og fig. 1-4.

I fig. 6 er vist den ene del 10a af et todelt hus 10. Delingen er svarende til den, som er beskrevet i forbindelse med udførelsesformen i 10 fig. 1-4. I huset er vist et par af indbyrdes diametralt modstående indløbsåbninger 50a og et modsvarende par af mellemliggende, indbyrdes diametralt modstående udløbsåbninger 50b, som åbnes og lukkes, uden brug af ekstra ventiler, styret af bevægelsen af en skilleplade 40, svarende til skillepladen i fig. 1-4, henholdsvis styret af stempler 36, svarende til 15 stemplerne i fig. 1-4 i forhold til husdelenes inderflader. Skillepladen 40 er lejret kipbart om drejetappe 42, 43 i huset 10 på tilsvarende måde som vist for drejetappene i fig. 1-4. Konstruktionen og virkemåden for skillepladen 40 og stemplerne 36 er svarende til, hvad der er beskrevet for skillepladen 40 og stemplerne 36 i fig. 1-4.

20 I fig. 7 er maskinen ifølge opfindelsen vist i form af en ottekam- ret stirlingmotor eller -maskine med et lukket, regenerativt kredsløb med varmegenvinding, hvor arbejdsmediet komprimeres og ekspanderer ved forskellige temperaturniveauer. Stirlingmotoren eller -maskinen kan udformes henholdsvis som motor, varmepumpe, trykgenerator, kølemaskine el-25 ler lignende efter behov. I den viste udførelsesform er stirlingmotoren tænkt anvendt som motor, med udvendig forbrænding eller anden udvendig opvarmning og med modsvarende udvendig køling.

Der er vist et skematisk arrangement af to seriekoblede motorenheder 85, 86, tilknyttet en fælles drivaksel 87 via lejer 88, 89a, 89b, 30 90. Den ene motorenhed 85 er omsluttet af en køleanordning 91 (omkredsen antydet med fuldt optrukne linjer), og den anden motorenhed 86 er tilsvarende omsluttet af en varmeanordning 92 (omkredsen antydet med fuldt optrukne linjer). En aksel forbindel se 93 (antydet med stiplede linjer) mellem motorenhederne 85, 86 og de tilhørende lejer 89a, 89b er omslut-35 tet af en varmeveksler eller en almindelig regenerator 94 (omkredsen antydet med fuldt optrukne linjer).

Ved løsningen ifølge den foreliggende opfindelse er det arrangeret således, at den ene, afkølede motorenhed 85 har fire separate kamre, DK 167983 B1 11 hvoraf kun to kamre 85a, 85b er vist i fig. 7, mens den anden motorenhed 86 har modsvarende fire separate kamre 86a, 86b, 86c og 86d. Der er vist fire separate ledekanaler 95a, 95b, 95c, 95d mellem de to motorenheder 85, 86. Nærmere bestemt er hvert af de fire kamre i den ene motorenhed 5 forbundet med hvert sit kammer i den anden motorenhed via hver sin kanal. Herved opnås et arrangement med to par dobbeltvirkende stempler, dvs. to dobbeltvirkende stempler i hver motorenhed. Stemplerne i den ene motorenhed er 90° faseforskudt i forhold til stemplerne i den anden motorenhed. Dette bevirker, at de to motorenheders stempler i bestemte de-10 le af arbejdscyklussen komprimerer mediet mellem sig, mens de i bestemte andre dele af arbejdscyklussen lader mediet ekspandere mellem sig og i yderligere dele af arbejdscyklussen tillader overføring af mediet fra arbejdskammer til arbejdskammer. (Sædvanlig stirling-cyklus til et system af to par dobbeltvirkende stempler).

15 Der er ikke vist detaljer ved køleanordningen 91 eller ved varme- anordningen 92 henholdsvis ved varmeveksleren, idet fig. 7 viser løsningen som en principskitse, uden at der skal lægges væsentlig vægt på detaljerne. Eksempelvis kan kanalerne udformes væsentligt anderledes end vist på tegningen, både når det gælder længdeudstrækning så vel som det 20 generelle forløb, således som det let vil fremgå for en fagmand på området. Imidlertid er det et krav, at ledningerne er indbyrdes lige lange og har indbyrdes ens volumen.

Med pile P2 er vist den ene af de to modsatte vipperetninger for skillevæggen 40 i de to motorenheder, og med pile PI er vist drejeret-25 ningen for stempel konstruktionen med de to stempler 36. Stemplerne 36 i den ene motorenhed 86 er vist i den ene yderstilling, mens stemplerne 36 i den anden motorenhed 85 indtager en mellemstilling. De to motorenheders stempel arrangementer er i fig. 7 vist vinkel forskudt 90° i forhold til hinanden i forhold til rotationsaksen, således at den ene motoren-30 heds arbejdskammer hele tiden ligger 90° faseforskudt i forhold til ar-bejdskamrene i den anden motorenhed.

En væsentlig del af løsningen ifølge opfindelsen består i, at der anvendes to motorenheder, som hver for sig både i konstruktion og i virkemåde i store træk svarer til den løsning, som er vist i fig. 1-4.

35 Imidlertid må det bemærkes, at der ved løsningen ifølge opfindelsen, når det gælder stirlingmotoren, ikke benyttes nogen form for ventil, idet ledningerne ved modstående ender står i permanent åben forbindelse med modsvarende arbejdskamre i de to motorenheder, uden nogen som helst til- DK 167983 B1 12 dækning af forbindelsen til det respektive arbejdskammer. En væsentlig fordel ifølge opfindelsen er, at stirlingmotoren har fået en sammentrængt konstruktionsmæssig løsning, samtidig med at der kan opnås en særlig stor ydelse med et relativt minimalt volumen og derved minimalt 5 pladsbehov og med betydelig materialebesparelse samt besparelse i tilhørende udstyr.

Ved ifølge opfindelsen at anvende to sådanne motorenheder 85, 86 har man ifølge opfindelsen yderligere kunnet udnytte muligheden for at foretage en regulerbar indstilling af vinkel still ingen mellem de to 10 stempel arrangementer. I fig. 8 og 9 er vist en hydraulisk kobling 98 mellem en akseltap 99 i den ene motorenhed og en akseltap 100 i den anden motorenhed. Den ene aksel tap 99 er stift forbundet med en første stempeldel 101, og den anden akseltap er tilsvarende stift forbundet med en anden stempel del 102. Stempel del ene 101, 102 er arrangeret i et fæl-15 les kammer 103 i et fælles hus 104. Der er vist hydrauliske kanaler 105a henholdsvis 105b mellem kammeret 103 og et ringkammer 106a henholdsvis 106b og ledningsforbindelser 107a henholdsvis 107b til en trevejs reguleringsventil 108. Ved hjælp af et håndtag 109 i ventilen 108 kan man ved hydraulisk styremedium dreje stempel del ene 101 og 102 mod og fra 20 hinanden efter behov. Nærmere bestemt kan stempeldelene drejes fra den i fig. 8 viste yderstilling 180° til den anden yderstilling via en mellemstilling (90°), som svarer til den stilling, som er vist i fig. 7, dvs. med 90° vinkel forskydning mellem stempelarrangementerne i de to motorenheder. Fra den stilling, som er vist i fig. 7, kan stempelarrange-25 menterne drejes 90° i modsatte retninger mod respektive to yderstillin ger. Dette indebærer, at vinkel afvigelsen kan reduceres fra 90° mod 0° i modsatte retninger. I begge tilfælde bringes ydelsen ned mod nul. Fra yderstillingen kan der startes med nul ydelse og foretages en trinvis forøgelse mod et maksimum ved at forøge vinkel afvige!sen til henholdsvis 30 udover 90°. Alt efter, hvilken yderstilling stempeldelene har indtaget i forhold til hinanden, kan der startes fra nul og fortsættes mod maksimal ydelse i respektive to modsatte retninger. Med andre ord er der mulighed for at vende krafoverføringsretningen på særlig enkel måde fra en stopstilling, idet omdrejningsretningen bestemmes af den yderstilling, man 35 vælger som udgangspunkt. Derefter kan afvigelsen forøges til 90° og forsættes med yderligere forøgelse af ydelsen ved at forøge afvigelsen ud over 90°. Følgelig er der mulighed for at sikre en effektiv regulering af motorens ydelse på en forholdsvis enkel og nem måde ved at ændre vin- DK 167983 B1 13 kelafvigelsen mellem motorenhederne samt vende krafoverføringsretningen fra fremaddrift til baglænsdrift og omvendt, alt efter hvilken yderstilling, der er ændret hen imod.

I fig. 10, 11 og 12 er opfindelsen illustreret i forbindelse med 5 en fire-takts forbrændingsmotor 110 med et hus 10, som er dannet af ;.*to sammenføjede husdele 10a og 10b. Et lignende arrangement kan også anvendes i forbindelse med en to-takts forbrændingsmotor.

I fig. 10 er der antydet fire kombinerede tændrør og brændstofventiler 111a, 111b, 111c, llld, dvs. hvert kammer 112a, 112b, 112c, 112d 10 har en enhed, bestående af tændrør og brændstofventil. Endvidere er der vist to ventilstyrede udstødningskanaler 113a og 113c og to ventilstyrede skylleluftkanal er 113b og 113d, med hver sin separate ventil 114, dvs. en kanal til hvert par af kamre. Den tidsmæssige styring af tændrør og brændstofventiler kan foregå på i og for sig kendt måde ved hjælp af 15 kendte principper. Den tidsmæssige styring af åbningen og lukningen af udstødningskanalerne og skyli eluftkanalerne kan dels foregå ved ventil-styring og dels ved gliderlignende afdækning henholdsvis tildækning ved hjælp af skillepladen 40 henholdsvis stemplerne 36. Placeringen af tændrør, brændstofdyser og udstødningskanal-udløb er arrangeret således i 20 forhold til bevægelsesbanerne for skillepladen 40 henholdsvis for stemplerne 36, at der opnås den gunstigst mulige effekt.

Ved en to-takts forbrændingsmotor (ikke nærmere vist) er det nødvendigt at styre luftskylleventilen separat, mens udstødningskanalen kan åbnes og lukkes bare ved styring af stemplerne henholdsvis skillevæggen 25 eller bare ved styring af skillevæggen. Luftskylningen må ske ved overtryk (overlader).

Ventilerne 114 til de respektive udstødningskanaler og drejetappe-ne 42, 43 til skillevæggen 40 er optaget i respektive udsparinger i motorhuset, dvs. i selve samlingsfladerne mellem husdelene 10a, 10b.

30 I fig. 12 er skematisk vist de fire takter i fire-taktsmotoren, illustreret ved fire del-skitser som angivet med henvisningstallene 115a, 115b, 115c og 115d, og som viser arbejdstakterne (I-IV) for de respektive fire forskellige arbejdskamre 112a-112d, arrangeret mellem skillevæggen 40 og de to stempler 36.

35 Ved hjælp af fire centralt anbragte (imaginære) ringe 116a, 116b, 116c, 116d (en for hver takt I-IV), som er arrangeret koncentrisk i forhold til hinanden, er der ved hjælp af åbninger 117a, 117b, 117c og . 117d markeret en åben forbindelse (i respektive ring eller takt) for de DK 167983 B1 14 fire brændstofventiler/tændrør llla-llld (fig. 10) og ved hjælp af åbninger 118a og 118b markeret en åben forbindelse (i respektive ring eller takt) for de to udstødningsventiler 113a og 113c (fig. 11) samt ved hjælp af åbninger 119a og 119b markeret en åben forbindelse (i respekti-5 ve ring eller takt) for de to luftskylleventiler 113b og 113d (fig.dl).

Det fremgår af fig. 12, at to og to af arbejdskamrene i motoren i hver delskitse (115a-115d), dvs. de to arbejdskamre 112a, 112c henholdsvis 112b, 112d, som er arrangeret diametralt modsat hinanden, arbejder i samme takt. Endvidere fremgår det, at de to nabo-arbejdskamre 112a, 10 112b, som ligger på hver sin side af det ene stempel 36 og på samme side af skillepladen 40, har hver sin indbyrdes efterfølgende takt. Tilsvarende har arbejdskamrene 112c og 112d hver sin indbyrdes efterfølgende takt, dvs. tilsvarende takt som arbejdskamrene 112a henholdsvis 112b. I hver af takterne I-IV, som vist i delskitserne 115a-115d, benyttes der 15 til stadighed kun to af de fire takter I-IV. I praksis kan dette løses ved brug af svinghjul. Alternativt kan der benyttes to motorenheder på række, hvor arbejdskamrene i den ene motorenhed arbejder med to takter (eksempelvis takterne I og II) før takterne (eksempelvis takterne III og IV) i arbejdskamrene i den anden motorenhed, således at de fire takter 20 til enhver tid er fordelt mellem de to motorenheders arbejdskamre.

I en to-taktsmotor er de to takter tilsvarende arrangeret parvist på modsatte sider af stemplet og på modsatte sider af skillepladen og vil normalt ikke behøve svinghjul og/eller en ekstra motorenhed. Både når det gælder fire-taktsmotoren og to-taktsmotoren kan der imidlertid 25 benyttes to eller flere motorenheder på en og samme aksel.

Ved frem- og tilbagevipning af skillepladen 40 (ikke nærmere vist i fig. 12), styret af stemplernes 36 drejebevægelse og deraf følgende tvangsmæssig frem- og tilbagevipning (som vist i fig. 12), opnås de viste arbejdstakter I-IV (delskitser 115a-115d) for fire-taktsmotoren. Be-30 gyndelsen på afdækningen (dvs. åbningen af de forskellige indløb og udløb til motorkamrene) sker vinkelmæssigt stort set således, som antydet med åbninger i de viste ringe 116a-116d og er vinkelmæssigt relateret til de forskellige skitser 115a-115d. Det er i fig. 12 kun antydet generelt ved hjælp af ringene 116a-116d, i hvilke takter de forskellige ven-35 tiler m.m. aktiveres, uden at der skal lægges for stor vægt på positionerne af disse vinkelmæssigt i forhold til hinanden, idet vinkelpositio-.nerne kun er vist antydningsmæssigt. Der er heller ikke vinkelmæssigt antydet noget om, hvor stor andel af takten (eller den efterfølgende DK 167983 B1 15 takt), som omfattes af afdækningen.

I takt I er det kun brændstofventilen/tændrøret 111a (vist ved åbningen 117a) i et første kammer 112a og brændstofventilen/tændrøret 111b (vist ved åbningen 117b) i det diametralt modstående kammer 112c, som 5 aktiveres. ? I takt II er det brændstofventilen/tændrøret 111c (vist ved åbningen 117c) henholdsvis 1lid (vist ved åbningen 117d) for de indbyrdes diametralt modstående kamre 112b og 112d, som aktiveres. I samme takt II er det udstødningskanalerne 113a og 113c (vist ved åbningerne 118a, 10 118b) for kamrene 112a og 112c, som aktiveres.

I takt III er det de samme udstødningskanaler 113a og 113c (åbningerne 118a, 118b), som aktiveres for kamrene 112b og 112d. I samme takt II er det skylieluftkanalerne 113b og 113d (vist ved åbningerne 119a, 119b), som aktiveres for kamrene 112a og 112c.

15 I takt IV er det de samme skyl!eluftkanal er 113b og 113d (åbnin gerne 119a, 119b), som aktiveres for kamrene 112b og U2d.

Af ovennævnte fremgår, at de fire brændstofventiler/tændrør 111a-llld aktiveres hver for sig, for eksempel ved elektronisk styring og uden styring af stempler eller skilleplade. I praksis vil udstødningska-20 nal erne 113a og 113c være åbne i de to første takter og lukket i de to efterfølgende takter, dvs. frilagt efter tur overfor to nabo-kamre, og derunder styret af stemplet 36 indbyrdes mellem de to nabo-kame. Tilsvarende vil skyl!eluftkanalerne 113b og 113d være åbne i de to første takter og lukket i de to efterfølgende takter, dvs. frilagt efter tur 25 overfor to nabo-kamre, og derunder styret af stemplet 36 indbyrdes mellem de to nabo-kamre.

Claims (10)

1. Kraftomsætningsmaskine med et par af indbyrdes modsatte, hver 5 for sig dobbeltvirkende stempler (36), som bevæges i en drejebevægelse i ' et sfærisk hus (10), hvor stemplerne er stift forbundet med hinanden via et fælles navparti (37) centralt i det sfæriske hus, og er anbragt på hver sin side af en centralt arrangeret, tværgående skilleplade (40), som lokalt gennembrydes af stemplernes navparti (37), og hvor stemplerne 10 ved diametralt modstående ender, dvs. asymmetrisk i forhold til hvert stempel, via hver sin drejetap (17a, 17b) er drejeligt lejret i det sfæriske hus om en første akse (x-x), KENDETEGNET ved, AT hvert stempel (36) på i og for sig kendt måde har form af et kuglesegment med modsat rettede stempelflader (36, 36b), som yderst er 15 afsluttet ved kuglesegmentets eller stemplets (36) sfæriske flade (36c), og som inderst er forbundet med hinanden via navpartiet (37) med mellemliggende del-cylindriske navpartiflader (37a, 37b), som danner lejeflader mod tilsvarende del-cylindriske skillevægsflader (41a, 41b), og AT skillepladen (40) er svingbart lejret i det sfæriske hus om en 20 anden akse (z-z), som krydser den første akse (x-x) i centrum af det sfæriske hus, idet skillepladen (40) ved modsatte ender af stemplernes navparti (37) er udstyret med lejepartier med en del-cylindrisk lejeflade for hvert stempel og med endelejeflader, som svarer til endelejeflader i 25 stemplernes navparti (37).

2. Maskine ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, AT stemplerne (36) og deres fælles navparti (37) gennemløbes af en krumtapaksel (18), som via en tredje rotationsakse (y-y) er drejeligt 30 lejret i stemplerne, og som har rotations- og tryklejer (15, 16) i hvert stempel, idet krumtapakslen (18) på i og for sig kendt måde er stift forbundet med drejetappene (17a, 17b). 35 .

3. Maskine ifølge krav 2, KENDETEGNET ved, AT krumtapakslen (18) og tilhørende drejetappe (17a, 17b) er fremstillet i et stykke, mens stemplerne (36) og navpartiet (37) er fremstillet af to (eller flere) i længderetningen adskilte sektioner. DK 167983 B1 17

4. Maskine ifølge krav 1, 2, eller 3, KENDETEGNET ved, AT skillepladens (40) sfæriske endeflader (46c, 47c) i stemplets respektive yderstillinger, med minimalt henholdsvis maksimalt arbejds-kammer-vol umen, tildækker en indløbsåbning (50a) henholdsvis en udløbs-5 åbning (50b) i det sfæriske hus (10) på hver sin side af en drejetap; (42, 43) ved hver af skillepladens modstående sider, og AT skillepladens (40) sfæriske endeflader (46c, 47c) styrer forbindelsen mellem indløbsåbningerne (50a) og et respektivt tilhørende, volumenforøgende arbejdskammer og styrer forbindelsen mellem udløbsåb-10 ningerne (50b) og et respektivt tilhørende volumenformindskende arbejdskammer.

5. Maskine ifølge krav 4, KENDETEGNET ved, AT skillepladens (40) sfæriske yderflade (46c, 47c) har størst 15 bredde i midterområdet ved skillepladens drejetappe (42, 43) og har gradvis aftagende bredde regnet fra drejetappen mod hver af den sfæriske yderflades modstående ender, idet skillepladen (40) omfatter to skivepartier (46, 47), som er forbundet med hinanden via overgangspartier (38, 39), som aksialt er på 20 linie med stemplernes navparti (37) på modsatte sider af dette.

6. Maskine ifølge krav 4 eller 5, KENDETEGNET ved, AT indløbsåbningerne (50a) og udløbsåbningerne (50b) er anbragt og dimensioneret således, at deres areal kan tildækkes og afdækkes i fæl-25 lesskab af skillepladens sfæriske endeflade (46c, 47c) og et tilhørende stempels (36) sfæriske endeflade (36c).

7. Maskine ifølge krav 1-6, hvor maskinen har form af en kompressor, pumpe, pneumatisk eller hydraulisk motor, dampmaskine eller lignen- 30 de, KENDETEGNET ved, AT indløbsåbningerne henholdsvis udløbsåbningerne styres udelukkende af stemplernes (36) henholdsvis skillepladens (40) bevægelser i forhold til det sfæriske hus (10).

8. Maskine ifølge krav 1-6, hvor maskinen har form af en fire- takts forbrændingsmotor, KENDETEGNET ved, AT udstødningsåbningerne og skyli eluftåbningerne styres dels af separate ventiler og dels af skillepladen (40) henholdsvis stemplerne 18 DK 167983 B1 (36) ved tildækning henholdsvis afdækning af åbningerne med skillepladen henholdsvis stemplerne.

9. Maskine ifølge krav 1-7, hvor maskinen har form af en 5 stirlingmotor eller -maskine, KENDETEGNET ved, AT maskinen består af to motorenheder (85, 86), som er tilknyttet hver sin ende af en fælles aksel, idet den ene motorenhed (85) er forbundet med en varmeanordning (91), mens den anden motorenhed (86) er forbundet med en køleanordning (92), og en varmeveksler (94) er arrange-10 ret om den fælles aksel mellem køleanordningen og varmeanordningen.

10. Maskine ifølge krav 9, KENDETEGNET ved, AT de to motorenheder (85, 86) er forbundet med hinanden via en vinkel reguleringsanordning til regulering af motorenhedernes arbejdstakt 15 i forhold til hinanden, idet reguleringsanordningen fortrinsvis har form af en med en reguleringsventil styret og hydraulisk drevet drejestempel-I anordning, og AT reguleringsanordningen er indrettet til ved vinkeldrejning af motorenhederne i forhold til hinanden om en fælles rotationsakse, at 20 styre motorydelsen henholdsvis at dreje parret af motorenheder i to indbyrdes modsatte drejeretninger. 25 i 30 35