EP0837219A1 - Rotationskolben-Motor - Google Patents

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EP0837219A1
EP0837219A1 EP97118154A EP97118154A EP0837219A1 EP 0837219 A1 EP0837219 A1 EP 0837219A1 EP 97118154 A EP97118154 A EP 97118154A EP 97118154 A EP97118154 A EP 97118154A EP 0837219 A1 EP0837219 A1 EP 0837219A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotary piston
rotary
piston engine
engine according
pistons
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP97118154A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Heinz A Dr. Selic
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Selic Heinz A Dr
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE1996143313 external-priority patent/DE19643313C2/de
Priority claimed from DE1996145924 external-priority patent/DE19645924C2/de
Priority claimed from DE1997111172 external-priority patent/DE19711172A1/de
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0837219A1 publication Critical patent/EP0837219A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/12—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F01C1/126—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with elements extending radially from the rotor body not necessarily cooperating with corresponding recesses in the other rotor, e.g. lobes, Roots type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B53/00—Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines

Definitions

  • the invention relates to a rotary piston engine that deals with a combustible supplied under low pressure Can operate gas / oxygen mixture.
  • the second valve has the advantage of being a larger one Volume can flow in faster. This is for the Charging process of the combustion chamber is extremely important.
  • the engine according to the invention are in the Housing two counter-rotating preferably identically designed rotary pistons.
  • the two axes of rotation of the Rotary pistons are parallel to each other.
  • the design of the two rotary pistons is such that the two opposite circumferential areas or axially extending circumferential lines of the rotary pistons always in have substantially the same distance from each other.
  • the same also applies to the housing wall against - overlying circumferential areas or lines of the two pistons
  • this area of the peripheral surfaces of the Rotary piston essentially the same distance to Housing on.
  • the two rotary pistons are inside the housing of the Motor arranged between the inlet and the outlet. She So divide the housing into two parts, being the inlet and shield the outlet from each other.
  • Hydrogen and oxygen are preferred as fuel used, which separated the interior of the housing via the inlet be fed.
  • a particular advantage is building one Mono gas column for isolating the valves from the combustion chamber. Since the valves are now in the area where there is no reaction partner is present, they are only slightly warmed. she remain functional.
  • actio reactio is also to be understood essentially why the previous rotary piston engines had to be operated with little efficiency without valves.
  • the new concept of the rotary piston engine has one automatic closing of the supply line after ignition.
  • Closure lies behind a gas column with no reactants remains well below the temperature of the combustion chamber, so that the valves can operate in a temperature range in that they don't lose their function.
  • the engine only sucks fuel again when the combustion chamber pressure comes below the pressure of the supply line. This is not clocked as with the Otto engine, but only depends on the volume of the rotary pistons (see Fig. 8 (A) - (C) and Fig. 9. It is important that the fuel supply is not interrupted, that a lot of time elapses until the next ignition, and that all of the energy is obtained for rotational work.
  • the scooping volume V s is to be used, which performs the pressure reduction (see Fig. 8 (A) - (C) and Fig. 9).
  • the initial volume V 1 is 40 [cm] 3 .
  • the expanded volume V 2 is 60 [cm] 3 .
  • the scoop volume V s 20 [cm] 3 .
  • a working cycle is half a turn of a piston. So two work cycles are a full turn.
  • the inlet valve opens automatically, not clocked when the supply pressure is 1 [bar].
  • the supply pressure is natural adjustable and can therefore be higher, which leads to a leads to higher working pressure.
  • the pV diagram for the above Description is shown in Fig.7.
  • the opposite ones Area areas or line areas of the rotary pistons as well the opposite surface or line areas between the rotary piston and the housing inner wall one each constant distance.
  • For the operation of the Motor according to the invention is therefore not a disadvantage if the rotary pistons rotate in the housing without contact. But this results in the very crucial practical The advantage that there is no need for lubrication.
  • the wave is hollow for that designed.
  • the inside of the shaft is conically hollow, so that injected cooling water due to the centrifugal force over the sloping surface flows outwards,
  • Fig.4 shows a horizontal section through the engine with the Gears of the piston coupling and the gear.
  • Figure 5 shows the detail "X".
  • the spring shown here is constructed as an "oscillating lock". For the time of low pressure, it lets through H 2 and O 2 . After ignition, it automatically closes the backflow of the gas mixture at a higher pressure. The energy converted into pressure can be converted into rotational energy.
  • Figure 6 shows the detail "B".
  • the closure shown here is one Alternative to Fig.5, which is in the test.
  • the effort to manufacture is larger, but it could be that the closure is more effective. Accelerated loading of the combustion chamber is too expect.
  • Fig. 7 shows the pV diagram with and without water spray
  • Fig. 8 (A) to (C) the pressure behavior in the combustion chamber.
  • the Graphs show the pressure as a function of the scooping volume and the inlet pressure. The valves only open when the pressure in the combustion chamber decreases under the pressure of the supply line. Then the combustion chamber is reloaded.
  • FIG. 10 shows the arrangement for spark ignition by a heating coil or a LASER. The same applies here: the ignition mechanism does not have to be clocked.
  • FIG. 1a A) to (F) each show in cross section a rotary piston motor 10, the two rotary pistons 14, 16 of which are rotatable in a housing 12 are shown in different rotational positions.
  • the housing 12 is provided with an inlet 18 and an outlet 20 opposite this.
  • Two separate lines 22, 24 for light hydrogen (LH 2 ) and air-oxygen (O 2 ) lead into the interior of the housing 12 via the inlet 18.
  • LH 2 light hydrogen
  • O 2 air-oxygen
  • These "fuels” also other fuels
  • the engine is rotated as usual via a starter he H 2 , which reacts immediately when the ignition is switched on.
  • a small pressure vessel designed as required which is supplied with reserve pressure (max. pressure) of each gas type via a diaphragm pump operated by the motor, can supply the required pressure (vernacular ,, To give gas"). Unlike conventional combustion engines, this is not fuel injection.
  • the two rotary pistons 14, 16 are of identical design and each have a symmetrical shape.
  • the outer contour of the two rotary pistons 14, 16 are constructed from a polygon and short arcs.
  • the pressure then causes the rotary piston 14 to be set in rotation in the direction of the arrow shown;
  • the rotary piston 16 is also set in rotary motion by coupling the two pistons.
  • the rotary piston 16 would not experience any rotary movement on its own, since the sum of all of the rotary piston 16 due to the pressure increase in the Torque acting combustion chamber is zero. However, this does not apply to the rotary piston 14, which is why it is driven in rotation.
  • the housing 12 itself is provided with a plurality of cooling channels 34 for cooling with a cooling medium, in particular water.
  • the bearings 32 are also provided with cooling channels 34, so that the heat transfer via the axes of rotation 26 can be dissipated quickly from the housing 12 via the cooling.
  • One of the axes of rotation 26 of both rotary pistons 14, 16 forms the drive shaft of the motor 10, the rotation of which is implemented in a gear 36.

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Abstract

Dieser neuartige Drehkolbenmotor (spezielle Abrollform der Kolben) mit neuartigen Ventilen und Wassereinsprühung erziehlt einen höheren Wirkungsgrad als 30% bei höherem Arbeitsdruck durch Wassereinsprühung. Die Wassereinsprühung hat noch den weiteren Effekt, sie reduziert die (Misch-) Arbeitstemperatur im Verbrennungsraum und erhöht dadurch den Arbeitsdruck. Die Ventilsteuerung des Versuchsmodell schließt bei Verbrennung des H<2>/Luft-Gemischs und öffnet erst dann wieder, wenn der Brennkammerdruck unter den Druck der Zuleitung abgearbeitet ist. Hierbei ist zu sagen, daß ein Verbrennungszyklus mehrere Arbeitszyklen nach sich zieht. Die Drehkolben nehmen immer nur einen Teil der pV-Energie mit. Mit entsprechendem Spalt kann ein Drehkolben ohne Dichtleisten betrieben werden. Der Ladungsverlust ist nur bei niederen Drehzahlen n< 1000U/min und damit im unteren Druckbereich parb < lbar nicht vernachlässigbar, bei höheren Drücken parb > 1bar und Drehzahlen n > 1000U/min ist durch den hohen Spaltwiderstand der Ladungsverlust < 1%. Es werden leicht Drehzahlen n > 10.000U/min erreicht. Da die Ventile je nach Druck in der Brennkammer erst nach 3-6 Arbeitszyklen der Drehkolben öffnen, ist es leicht zu verstehen, daß Drehzahlen n>> 10.000U/min erreicht werden können. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotationskolben-Motor, der sich mit einem unter niedrigem Druck zugeführten brennbarem Gas/Sauerstoffgemisch betreiben läßt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen wartungsfreien Rotationskolben-Motor zu schaffen, der folgende bis jetzt von anderen Rotationskolben-Motoren noch nicht erfüllten Merkmale eines Rotationskolben-Motors hat:
  • i) Aufgrund seiner berührungslosen Rotations - kolbenflächen ist er wartungsfrei.
  • ii) Keine Dichtungsprobleme, weil die Leitungswider - stände zwischen den Kolben und der Gehäusewand weit größer sind als der Differenzdruck zwischen Verbrennungsdruck und Auslaßdruck.
  • iii) Eine intermittierende Zündung, die nicht getaktet ist.
  • iv) Eine schnelle Gaszufuhr über ein spezielles nicht getaktetes Ladeventil. Schutz der Ventile durch eine isolierende Gassäule ohne Reaktionspartner.
  • v) Der Niederdruck der Gaszufuhr unterscheidet sich erheblich vom hohen Arbeitsdruck in der Brennkammer nach der Zündung, insbesondere bei Zufuhr von Sprühwasser.
  • vi) Keine Totpunkte, wie beim Otto-Motor; deshalb keine Unwuchten und störende Vibrationen.
  • vii) Keine energieverzehrende Beschleunigungen durch Pleuel, Kurbel-, Nockenwellen und Ventile.
  • viii) Das laufende Rotationskolben-Motor Modell zeichnet sich durch einen enorm hohen Wirkungsgrad aus.
  • ix) Die Kühlung der Drehkolbenwelle erfolgt durch einen Konus im Innern der Kolbenwelle.
    • Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Rotationskolben-Motor vorgeschlagen, der erfindungsgemäß versehen ist mit:
  • einem Gehäuse, das einen Einlaß und einen Auslaß für ein Antriebsmedium (nicht notwendigerweise LH2,O2) aufweist und
  • zwei drehbar im Gehäuse gelagerten Rotationskolben, deren Drehachsen parallel sind und die derart ausgestaltet sind, daß die jeweils gegenüberliegenden Linienbereiche ihrer Umfangsflächen über eine Umdrehung der beiden Rotationskolben betrachtet in sämtlichen Drehstellungen einen gleichbleibenden Abstand voneinander aufweisen, wobei sich die beiden Rotationskolben zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Gehäuses befinden.
    • Der Einlaß ist mit einem speziell dafür entwickelten Ventil versehen, so daß ein schnelles Laden der Brennkammer mit Gas unter geringem Einlaßdruck gewährleistet ist. Eine weitere Aufgabe des Ventils ist, zu verhindern, daß Gas aus der Brennkammer unter Verbrennungsdruck in die Zuleitungen zurück fließt. Dafür sind zwei Typen von Ventilen vorgesehen.
  • Zum einen ein Plattfederverschluß,
  • zum andern ein neu entwickeltes Konusventil, das variabel ist in Bezug auf das Einströmvolumen. Beide Ventile sind nicht getaktet. Sie öffnen beide nur dann, wenn die Druckkondition pe/pv = lerreicht ist. D.h., wenn Einlaßdruck und Brennkammerdruck gleich sind.
    • Das zweite Ventil hat den Vorteil, daß ein größeres Volumen schneller einströmen kann. Dies ist für den Ladungsvorgang der Brennkammer äußerst wichtig.
    Bei dem erfindungsgemäßen Motor befinden sich in dessen Gehäuse zwei sich gegensinnig drehende vorzugsweise gleichgestaltete Rotationskolben. Die beiden Drehachsen der Rotationskolben sind parallel zueinander. Die Formgestaltung der beiden Rotationskolben ist dergestalt, daß sich die beiden jeweils einander gegenüberliegenden Umfangsbereiche bzw. axial verlaufende Umfangslinien der Rotationskolben stets in im wesentlichen ein und demselben Abstand voneinander aufweisen. Selbiges gilt auch für die der Gehäusewandung jeweils gegen - überliegenden Umfangsbereiche bzw. -Linien der beiden Kolben Auch hier weist dieser Bereich der Umfangsflächen der Rotationskolben im wesentlichen ein und denselben Abstand zum Gehäuse auf.
    Die beiden Rotationskolben sind innerhalb des Gehäuses des Motors zwischen dem Einlaß und dem Auslaß angeordnet. Sie unterteilen also das Gehäuse in zwei Teile, wobei sie den Einlaß und den Auslaß gegeneinander abschirmen.
    Vorzugsweise werden als Brennstoff Wasserstoff und Sauerstoff verwendet, die über den Einlaß dem Gehäuseinneren getrennt zugeführt werden.
    Der Unterschied zu früheren Anmeldungen zum selben Thema besteht darin, daß bei den Vorläufermodellen unmittelbar hinter dem Einlaß die Gase zusammengebracht wurden, wo sie verbrennen (Knallgaserzeugung).
    Dies führte dazu, daß die Ventile sehr schnell heiß werden und unwirksam werden. Ein besonderer Vorteil ist der Aufbau einer Monogasseule zur Isolation der Ventile vom Verbrennungsraum. Da die Ventile nun im Bereich liegen, in dem kein Reaktions partner vorhanden ist, werden sie nur geringfügig erwärmt. Sie bleiben funktionsfähig.
    Überschlägige Berechnungen ergeben, daß bei einer Verbrennungstemperatur von Wasserstoff von ca. 2500°C der Druck in der Verbrennungskammer um ca das 7-8-fache ansteigt gegenüber dem Einlaßdruck p1 aufgrund der Gesetzmäßigkeit p*v = const. Und V1/T1= V2/T2
    Gemäß der Gesetzmäßigkeit von Newton : actio = reactio ist im wesentlichen auch zu verstehen, warum die bisherigen Rotationskolben-Motoren ohne Ventile, mit geringer Effizienz zu betreiben waren.
    Der Verbrennungsdruck hat stets dazu geführt, daß die Treibstoffzufuhr durch den höheren Brennkammerdruck zum erliegen kam, bis der Brennkammerdruck abgebaut war; ja noch schlimmer, das Arbeitsgas dringt in die Zufuhrleitungen entgegen dem Zufuhrstrom ein. Erst wenn der Zuleitungsdruck größer wurde als der der Brennkammer, kann erneut Brennstoff zugeführt werden und eine erneute Zündung folgen.
    Nun, diese Motoren waren an eine Drehfolge getaktet (Sauter USA) und benötigen einen Kompressionstakt, so daß eine Zündung zum Teil nicht im richtigen Moment erfolgte.
    All das führte zu schlechten Effizienzwerten.
    Das neue Konzept des Rotationskolben-Motors hat einen automatischen Verschluß der Zuleitung nach der Zündung. Der Verschluß liegt hinter einer Gassäule ohne Reaktionspartner, die weit unter der Temperatur der Verbrennungskammer bleibt, so daß die Ventile in einem Temperaturbereich arbeiten können, in dem sie ihre Funktion nicht verlieren.
    Der Motor saugt erst dann erneut Brennstoff an, wenn der Brennkammerdruck unter den Druck der Zufuhrleitung kommt. Dies ist nicht wie beim Otto-Motor getaktet, sondern hängt allein vom Schöpfvolumen der Rotationskolben ab.(Siehe hierzu Fig. 8(A) -(C) und Fig.9.
    Wichtig ist, daß die Kraftstoffzufuhr nicht unterbrochen wird, noch dadurch viel Zeit bis zur nächsten Zündung verstreicht und daß die gesamte Energie zu Rotationsarbeit gewonnen wird.
    Abschätzende Berechnungen für die Leistung des Rotations - kolben-Motors haben gezeigt, daß der Arbeitsdruck pa im wesentlichen von der Verbrennungstemperatur des Treibstoffgemisches T2, des Einlaßdruckes pe, der Einlaßtemperatur T1, des Brennraumvolumens V und vom Schöpfvolumen Vs der Rotationskolben abhängt. Pa(pe, T1, T2, V, Vs) Pa = pv(p1, T1, T2) * (V - dVs)/V
    Um die momentane maximale Drehfrequenz fmax bei anwendbarem Drehmoment Mn zu berechnen, ist das Schöpfvolumen Vs, einzusetzen, das den Druckabbau durchführt (Siehe hierzu Fig.8 (A)-(C) und Fig.9).
    Wird mit flüssigem Wasserstoff die Verbrennung betrieben, erhöht sich der Arbeitsdruck beträchtlich. Doch kann der Faktor ca. 600 nicht ganz in Betracht gezogen werden, weil ein Übergang in den gasförmigen Aggregatzustand schon in der Leitung geschieht.
    Das Druckverhalten läßt sich mit Hilfe der quasistatischen adiabaten Zustandsänderung abschätzen: p 2 p 1 = ( V 1 V 2 )1.4 ohne Wassereinsprühung kann von einem Anfangsdruck p1 ca. 7bar ausgegangen werden. Das Anfangsvolumen V1 sei 40[cm]3. Das expandierte Volumen V2 sei 60[cm]3. Damit ist das Schöpfvolumen Vs = 20[cm]3. Ein Arbeitsspiel ist eine halbe Umdrehung eines Kolbens. Zwei Arbeitsspiele sind also eine ganze Umdrehung.
    Die Druckänderung läßt sich aus der Formel (1) berechnen p 2 = p 1 * 1.4 V 1 V 2
    Der Faktor für die Druckänderung 1.4 V 1 V 2 bleibt konstant in diesem Falle = 0.57. Mit Formel(2) ist nach einem Arbeitsspiel der Brennkammerdruck pa =p2= 7bar*0.57 = 3.97bar nach zwei Arbeitsspielen also nach einer vollen Umdrehung pa =p2= 3.97bar*0.57 = 2.25bar
    Dieser Brennkammerdruck liegt immer noch über dem Zuleitungsdruck, so daß die Ventile noch nicht öffnen. Weitere Arbeitsspiele werden aktiv: pa =p2= 2.25bar*0.57 = 1.275bar pa =p2= 1.275bar*0.57 < 1bar
    Jetzt öffnet das Einlaßventil automatisch, nicht getaktet, wenn der Zuleitungsdruck 1 [bar] ist. Der Zuleitungsdruck ist natürlich regelbar und kann deshalb auch höher liegen, was zu einem höheren Arbeitsdruck führt. Das pV-Diagramm zu obiger Beschreibung ist in Fig.7 dargestellt.
    Wird nun eine geringfügige Menge Wasser in das noch nicht gezündete Gasgemisch mit eingesprüht, so wird erreicht, daß die aus der Reaktion frei werdende Energie nicht in Temperatur sondern überwiegend in Druck umgewandelt wird. Das wirkt sich vorteilhaft auf die obigen Berechnungen aus.
    Wird nur beispielsweise ein doppelt so hoher Druck erreicht, als ohne Wassereinsprühung, ergibt sich folgende Druckentwicklung:
    pa =p2= 14bar *0.57 = 7.94bar
    pa =p2= 7.94bar *0.57 = 4.50bar
    pa =p2= 4.5bar *0.57 = 2.55bar
    pa =p2= 2.55bar *0.57 = 1.45bar
    pa =p2= 1.45bar *0.57 < 1bar
    Es wird bedeutend mehr Arbeit geleistet. Das oben gezeigte Beispiel erzielt folgende Arbeit pro Arbeitsspiel.
    Figure 00060001
    Ohne Wassereinsprühung:
    Figure 00060002
    Wobei i die Anzahl der Arbeitsspiele ist. Ages = (L12)1+(L12)2+(L12)3 Ages = 10.5[J]+ 5.6[J] + 3.4[J] = 19.5 [J]
    Bei Drehzahlen n > 6000U/min = 100U/s erreicht der Motor eine Leistung von beispielsweise ca.2[kW] bei einem Schöpfvolumen von ca.20[cm3].
    Mit Wassereinsprühung: Ages = (L12)1+(L12)2+(L12)3+(L12)4 Ages = 21.0[J]+ 11.9[J] + 6.75[J] + 3.8[J]= 43.45 [J]
    Das entspricht einer Leistung von N > 4 [kW] bei gleichem Kraftstoffverbrauch und gleichem Schöpfvolumen, sowie Drehzahlen n = 6000U/min. Der Motor hat, wie anfangs beschrieben, keine Unwucht erzeugende Teile, d.h., er kann erheblich höhere Drehzahlen erreichen als herkömmliche Motoren. Dies führt zwangsläufig zu höheren Leistungswerten als oben beispielsweise berechnet.
    Wie bereits oben dargelegt, weisen die sich gegenüberliegenden Flächenbereiche bzw. Linienbereiche der Rotationskolben sowie die gegenüberliegenden Flächen- bzw. Linienbereiche zwischen den Rotationskolben und der Gehäuseinnenwand jeweils einen gleichbleibenden Abstand auf. Zweckmäßigerweise ist dieser Abstand als extrem schmaler Spalt (0.1mm) ausgelegt; dieser an sich ungewollte und konstruktiv bestehende Durchlaß wirkt sich für den Betrieb des Rotationskolbens in keinster Weise nachteilig aus, da ein Durchströmen des unter Verbrennungsdruck stehenden Antriebsfluids aufgrund des Leitwertes des extrem hohen Spaltwiderstandes nicht möglich bzw. in gänzlich untergeordnetem Maße möglich ist. Für den Betrieb des erfindungsgemäßen Motors ist es also nicht von Nachteil, wenn sich die Rotationskolben berührungsfrei im Gehäuse drehen. Damit aber ergibt sich der ganz entscheidende praktische Vorteil, daß auf eine Schmierung verzichtet werden kann.
    Es ist ausreichend, die Erwärmung der Rotationskolben über deren Wellen nach außen abzuführen. Dafür ist die Welle hohl gestaltet. Die Welle ist innen konisch hohl geformt, so daß eingespritztes Kühlwasser aufgrund der Fliehkraft über die schräge Oberfläche nach außen abfließt,
    Wünschenswert ist, daß so viel Wärme wie möglich in Druck umgewandelt werden kann.
    Dies wird zweckmäßigerweise dadurch erreicht, daß zum Gas H2/O2 direkt Wasser eingesprüht wird. Dies hat zur Folge, daß
  • i) die frei werdende Verbrennungsenergie nicht zum Auspuff gelangt ohne nützliche Arbeit zu verrichten.
  • ii) die auftretende Brennkammertemperatur (Mischtemperatur der Gase und des überhitzten Wasserdampfes) erheblich niedriger und somit besser zu handhaben ist.
    • Die Merkmale weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
    Nachfolgend werden anhand der Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
  • Fig.1 zeigt einen Querschnitte durch einen Rotationskolben-Motor (10) mit zwei Rotationskolben (14,16) den Wellen (26) und das Gehäuse (12) den Wasserstoff-Einlaß(22) und den Sauerstoff-Einlaß (24) so wie den Ventilzündschutz (18) und den Auspuff (20).
  • Fig. 1a (A) bis (F) jeweils Querschnitte durch einen Rotations - kolben-Motor mit zwei Rotationskolben nach der Zündung eines Gemisches aus Wasserstoff und Sauerstoff in verschiedenen Rotationsphasen der Rotationskolben.
  • Fig.2(A) bis (F) im Querschnitt einen Rotationskolben-Motor in den unterschiedlichen Rotationsphasen der Rotationskolben, wobei die Form der Rotationskolben unterschiedlich zu derjenigen der Rotationskolben von Fig.1, und 1a ist
  • Fig.3 die spezielle Kurvenform der Kolben, die keine Zykloiden darstellen oder kassinische Evolventen. Diese Kurven sind speziell
    • erstens für den Anwendungsfall für die konvexen Flächen der Kolben nicht rund sondern kantig (Polygonzug) konstruiert und haben
    • zweitens an den orthogonalen Übergangsbereichen Radien
    • Der Vorteil ist leicht ersichtlich. Es ergibt sich ein längerer Spalt und dadurch ein größerer Spaltwiderstand. Bekannt ist auch, daß strömunstechnisch eine kantige Oberfläche einen höheren Leitwiderstand bietet als eine runde glatte.
    Fig.4 zeigt eine horizontale Schnitt durch den Motor mit den Zahnrädern der Kolbenkopplung und dem Getriebe.
    Fig.5 die Einzelheit ,,X". Die hierin gezeigte Feder ist als ,,schwingender Verschluß" konstruiert. Für die Zeit des Niederdruckes läßt sie H2 und O2 durch. Nach der Zündung schließt sie automatisch den Rückstrom des Gasgemisches mit höherem Druck ab. Die in Druck umgewandelte Energie kann in Rotationsenergie umgesetzt werden.
    Fig.6 die Einzelheit ,,B". Der hierin gezeigte Verschluß ist eine Alternative zu Fig.5, die im Test ist. Der Aufwand zur Herstellung ist größer, es könnte jedoch sein, daß der Verschluß effektiver ist. Ein beschleunigtes Laden der Brennkammer ist zu erwarten.
    Fig.7 zeigt das pV-Diagramm ohne und mit Wassereinsprühung
    Fig.8 (A) bis (C) das Druckverhalten in der Brennkammer. Die Graphen zeigen den Druck in Abhängigkeit vom Schöpfvolumen und dem Einlaßdruck. Die Ventile öffnen erst, wenn der Druck in der Brennkammer unter den Druck der Zuleitung abnimmt. Dann wird der Verbrennungsraum neu geladen.
    Fig.9 das Druckverhalten über mehrere Verbrennungszyklen bei unterschiedlichen Zuleitungsdrücken.
    Fig.10 die Anordnung für eine Fremdzündung durch eine Heizspirale oder einen LASER. Auch hier gilt:
       der Zündmechanismus muß nicht getaktet werden.
    In den Fig. 1a (A) bis (F) ist jeweils im Querschnitt ein Rotationskolben-Motor 10 dargestellt, dessen zwei in einem Gehäuse 12 drehbare angeordnete Rotationskolben 14,16 in unterschiedlichen Drehstellungen dargestellt sind. Das Gehäuse 12 ist mit einem Einlaß 18 und einem diesem gegenüberliegenden Auslaß 20 versehen. Über den Einlaß 18 führen zwei separate Leitungen 22,24 für leichten Wasserstoff (LH2) und Luft-Sauerstoff(O2) ins Innere des Gehäuses 12 hinein. Diese ,,Brennstoffe" (auch andere Treibstoffe) werden mit einem wunschgemäßen Druck(ca. 0.5-5 bar) in die Brennkammer einströmen. Eine Verdichtung ist nicht nötig. Über einen Anlasser wird der Motor, wie herkömmlich, in Drehung versetzt. Dabei saugt er H2 an, welches sofort, bei eingeschalteter Zündung reagiert. Ein kleiner nach Bedarf ausgelegter Druckbehälter, der über eine vom Motor betriebene Membran-Pumpe mit Reservedruck(max.Druck) jeder Gasart versorgt wird, kann den entsprechenden Bedarfsdruck liefern(Volksmund ,,Gasgeben").
    Dies ist nicht wie bei den üblichen Verbrennungsmotoren die Einspritzung des Brennstoffes.
    Die beiden Rotationskolben 14,16 sind identisch ausgebildet und weisen jeder für sich eine symmetrische Gestalt auf. Die Außenkontur der beiden Rotationskolben 14,16 sind konstruiert aus einem Polygonzug und kurzen Kreisbögen.
    In den Zeichnungen nicht korrekt wiedergegeben ist die Tatsache, daß sich die beiden Rotationskolben 14,16 nicht berühren, sondern daß vielmehr ein schmaler Spalt zwischen ihnen besteht. Selbiges gilt auch für die ,,Schnittstelle" zwischen den Kolben und dem Gehäuse. Auch hier berühren die Rotationskolben 14,16 die Innenfläche des Gehäuses 12 nicht sondern bewegen sich mit extrem geringem Abstand an dieser vorbei. Aus dem Horizontalschnitt von Fig.2 wird erkennbar, daß die beiden Rotationskolben an dem einen ihrer aus dem Gehäuse 12 herausgeführten axialen Ende ihrer Drehachsen 26 jeweils ein Zahnrad 28 tragen, die miteinander kämmen. Diese Kupplung der beiden Rotationskolben 14,16 über die beiden gleich großen und mit gleicher Zahnung versehenen Zahnräder 28 bedingt, daß sich die beiden Rotationskolben 14,16 in entgegengesetztem Drehsinn mit gleicher Geschwindigkeit drehen. Zusätzlich gilt, daß die beiden Rotationskolben 14,16 um 90° phasenverschoben sind. Wie in den Fig.1(A) bis (F) dargestellt, unterteilen die beiden Rotationskolben 14,16 das Gehäuse 12 in mehrere Teilräume auf, deren Gestalt sich in Abhängigkeit von der Drehstellung der beiden Rotationskolben 14,16 ändert. Es ist aber immer so, daß ein Teilraum mit dem Einlaß 18 und ein anderer Teilraum mit dem Auslaß 20 verbunden ist. Ein weiterer Teilraum ist ein eingeschlossenes Volumen, das sogenannte Schöpfvolumen, das den Teilraum Verbrennungskammer zu dem Teilraum Auslaß ,,leerschöpft".
    In dem mit dem Einlaß verbundenen Teilraum (genannt"Verbrennungsraum") zünden die beiden über die Leitungen 22,24 zugeführten Gase, hier H2 und O2. Damit steigt der Druck in der Verbrennungskammer an. Bei Übersteigen des Leitungsdruckes schließen die Feder oder Kugeln vor den Enden der Leitungen zum Einlaß. Der Druck verursacht nun ausgehend von der Rotationskolbenstellung gemäß Fig. 1 (A), daß der Rotationskolben 14 in Rotation in Richtung des dargestellten Pfeils versetzt wird; über die Kopplung beider Kolben wird auch der Rotationskolben 16 in Drehbewegung versetzt. Der Rotationskolben 16 würde in Stellung gemäß Fig.1(A) von sich allein kein Drehbewegung erfahren, da die Summe alle auf den Rotationskolben 16 infolge des Druckanstiegs in der
    Verbrennungskammer wirkenden Drehmomente gleich Null ist. Dies gilt aber nicht für den Rotationskolben 14, weshalb dieser drehend angetrieben wird.
    Das Gehäuse 12 selbst ist mit einer Vielzahl von Kühlkanälen 34 zur Kühlung mit einem Kühlmedium, insbesondere Wasser versehen. Auch die Lager 32 sind mit Kühlkanälen 34 versehen, so daß die Wärmeübertragung über die Drehachsen 26 vom Gehäuse 12 über die Kühlung rasch abgeführt werden kann. Eine der Drehachsen 26 beider Rotationskolben 14,16 bildet die Antriebswelle des Motors 10, deren Rotation in einem Getriebe 36 umgesetzt wird.

    Claims (19)

    1. Rotationskolben-Motor mit
      einem Gehäuse (12), das einen Einlaß (18) und einen Auslaß (20) für ein Antriebsmedium(LH2,O2) aufweist und
      zwei drehbar im Gehäuse (12) gelagerten Rotationskolben (14,16), deren Drehachsen (26) parallel sind und die derart ausgestalltet sind, daß die jeweils gegüberliegenden Linienbereiche ihrer Umfangsflächen über eine Umdrehung der beiden Rotationskolben (14,16) betrachtet in sämtlichen Drehstellungen einen gleichen Abstand voneinander aufweisen,
      wobei sich die beiden Rotationskolben (14,16) zwischen dem Einlaß (18) und dem Auslaß (20) des Gehäuses (12) befinden.
    2. Rotationskolben-Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rotationskolben (14,16) zum gegensinnigen Drehen mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit gekoppelt sind.
    3. Rotationskolben-Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rotationskolben (14,16) direkt über Zahnräder (28) oder über Zahnriemen miteinander gekoppelt sind.
    4. Rotationskolben-Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgestaltung des die Rotationskolben (14,16) aufnehmenden Innenraums des Gehäuses (12) derart ist, daß sich die am weitesten von den Drehachsen (26) entfernt liegenden Linienbereiche der Umfangsflächen der Rotationskolben (14,16) einen im wesentlichen gleichbleibenden Abstand von der Gehäuseinnenwand aufweisen, wenn sich die Rotationskolben(14,16) drehen.
    5. Rotationskolben-Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rotationskolben (14,16) jeweils eine symmetrische Gestalt aufweisen, wobei jeder Rotationskolben (14,16) symmetrisch zu zwei gegnüberliegenden Seiten seiner Drehachse (26) ausgebildet ist und sich im wesentlichen lediglich in diesen beiden entgegengesetzten Richtungen erstreckt.
    6. Rotationskolben-Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rotationskolben (14,16) um 90° phasenverschoben angeordnet sind.
    7. Rotationskolben-Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (18) und der Auslaß (20) mit einer gemeinsamengedachten Achse fluchten, die in einer zwischen den beiden Rotationskolben (14,16) angeordneten Symmetrieebene liegt, bezüglich derer die beiden Rotationskolben(14,16) symmetrisch angeordnet sind.
    8. Rotationskolben-Motor nach den Ansprüchen 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rotationskolben (14,16) im Querschnitt betrachtet eine konstruierte Polygon Kurvenform mit Radien in den Quadranten aufweisen.
    9. Rotationskolben-Motor nach den Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rotationskolben (14,16) im Querschnitt betrachtet eine modifizierte lemniskatenförmige Umfangsbegrenzung mit Radien in den Quadranten aufweisen.
    10. Rotationskolben-Motor nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsraum durch Plattfeder- oder Konusventil bei Reaktion der Treibmittel und dadurch Druckerhöhung verschlossen wird.
    11. Rotationskolben-Motor nach den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der neuartigen Ventile der Brennraum effizienter geflutet wird.
    12. Rotationskolben-Motor nach den Ansprüchen 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser in den Verbrennungsraum gesprüht wird.
    13. Rotationskolben-Motor nach den Ansprüchen 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß durch das eingesprühte Wasser, die Brennraumtemperatur erniedrigt und der Arbeitsdruck erhöht wird. Dies führt zu einer enormen Erhöhung der Effizienz.
    14. Rotationskolben-Motor nach den Ansprüchen 1-13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rotations - kolben (14,16) Arbeit verrichten durch den Druck der Verbrennungsenergie.
    15. Rotationskolben-Motor nach den Ansprüchen 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (18) für die beiden Reaktionsgase getrennt und geschützt hinter einer Isolations-Strecke aus Monogas liegt.
    16. Rotationskolben-Motor nach den Ansprüchen 1-15, dadurch gekennzeichnet, daß der Abbau des Verbrennungsdruckes in überwiegend diskretem Maße abläuft, gemäß dem Schöpfvolumen Vs der Rotationskolben.
    17. Rotationskolben-Motor nach den Ansprüchen 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreiten des Bedienungsdruckes , die Verschlüsse öffnen und erneut Treibstoff (H2) nachströmen kann.
    18. Rotationskolben-Motor nach den Ansprüchen 1-17, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch bei entsprechendem kritischen Reaktionspartneranteil selbst zündet, oder durch Fremdzündung zur Reaktion gebracht wird.
    19. Rotationskolben-Motor nach den Ansprüchen 1-18, dadurch gekennzeichnet, daß er eine mit Wasser gekühlte, rotierende Welle hat. Die Welle ist hohl und innen konisch.
    EP97118154A 1996-10-21 1997-10-20 Rotationskolben-Motor Withdrawn EP0837219A1 (de)

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    DE1996143313 DE19643313C2 (de) 1996-10-21 1996-10-21 Rotationskolbenmotor
    DE1996145924 DE19645924C2 (de) 1996-11-07 1996-11-07 Rotationskolbenmotor mit innerer Kühlung
    DE19645924 1996-11-07
    DE19711172 1997-03-18
    DE1997111172 DE19711172A1 (de) 1997-03-18 1997-03-18 Rotationskolben-Motor Reduzierung des Ladungsverlustes und besserer Wirkungsgrad der H·2·-Verbrennung durch Einsprühung von Wasser

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    DE102024106862B3 (de) 2024-03-11 2025-03-20 Karl Schmid Dampferzeuger und Heizsystem mit Dampferzeuger sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Dampferzeugers

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