DE19945679C1 - Thermodynamic machine uses at least three rotary pistons within stationary cylinder for cyclic transfer of light working gas to edge of cylinder head and from edge of cylinder head to center of cylinder head - Google Patents

Abstract

The thermodynamic machine has a stationary cylinder (1) containing at least three rotary pistons (2,3,4), with reciprocation of the pistons during their rotation, for cyclic heating and cooling of a lightweight working gas (11) by transporting it to the edge of the cylinder head and from the edge of the cylinder head to the center point of the cylinder head, at which a gas heating container (7) is provided.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Motor bzw. ein Antriebs­ mittel.The invention relates to a motor or a drive medium.

Bei Wärmekraftmaschinen wird Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt.In thermal engines, thermal energy is converted into mechanical energy converted.

Die Betriebsmittel für Wärmekraftmaschinen sind verschieden. Die Wärmekraftmaschinen, welche Treibstoff verbrauchen, sind allge­ mein bekannt, z. B. als Benzin- und Dieselmotoren.The resources for heat engines are different. The Heat engines that use fuel are common my known, e.g. B. as gasoline and diesel engines.

Die Wärmekraftmaschinen, welche Brennstoff verbrauchen, sind die Dampfmaschinen und Dampfturbinen.The heat engines that consume fuel are the ones Steam engines and steam turbines.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Wärmekraftmaschi­ ne, dessen Betriebsmittel eine Wärmequelle ist, wie z. B. heiße Flüssigkeit oder heiße Luft, wobei auf jeden Fall ein Thermo­ gefälle zu Kühlwasser oder Kühlluft gegeben sein muß.The present invention relates to a heat engine ne, the equipment is a heat source, such as. B. is called Liquid or hot air, definitely a thermo slope to cooling water or cooling air must be given.

Bei dieser Art von Wärmekraftmaschinen wird Luft oder Arbeits­ gas, wie Helium, im Zyklus erhitzt und abgekühlt in einem Zylin­ der. Bei der Erhitzung des Arbeitsgases werden Überdruckkräfte, und bei der Abkühlung des Arbeitsgases werden Unterdruckkräfte, in mechanische Energie umgewandelt. This type of heat engine uses air or work gas, like helium, is heated in a cycle and cooled in a cylinder the. When the working gas is heated, overpressure forces, and when the working gas cools down, negative pressure forces converted into mechanical energy.  

Eine solche Wärmekraftmaschine ist aus Deutschem Patent Nr. 19854839 bekannt.Such a heat engine is from a German patent No. 19854839 known.

Der Vorteil dieser bekannten Wätmekraftmaschine ist der, daß mit nur zwei Kolben in einem Zylinder und mit wenigen Kolben­ stellungen (Takte) eine motorische Wirkung erzielt wird.The advantage of this known thermal engine is that with only two pistons in one cylinder and with few pistons positions (cycles) a motor effect is achieved.

Diese Wärmekraftmaschine weist auch Nachteile auf mit der der­ zeitigen Konstruktion. So erfolgt bei diesen Wärmekraftmaschi­ nen die Erhitzung an einem Zylinderkopf und die Abkühlung an einem anderen Zylinderkopf. Das Arbeitsgas wird hierfür stetig unter Druckaufwand, und somit unter erheblichem Energieaufwand befördert. Ferner entsteht durch das vorhandene Arbeitsgas- Volumen, das zwischen den beiden Zylinderköpfen ist, und dabei nicht voll erhitzt und nicht voll abgekühlt wird, eine Schmä­ lerung des motorischen Wirkungsgrades.This heat engine also has disadvantages with that early construction. This is how this heat engine works Start heating on a cylinder head and cooling another cylinder head. The working gas becomes steady for this under pressure, and thus with considerable energy expenditure promoted. Furthermore, the existing working gas Volume that is between the two cylinder heads, and thereby not fully heated and not fully cooled, a damn motor efficiency.

Gegenstand der Erfindung ist, daß das gesamte Arbeitsgas, das zwischen dem Zylinderkopf und allen Kolben liegt, erhitzt bzw. abgekühlt wird. Ferner, daß das Arbeitsgas ohne besonderen Energieaufwand zur Erhitzung und zur Abkühlung befördert wird, und dadurch einen hohen motorischen Wirkungsgrad erreicht.The object of the invention is that the total working gas, the between the cylinder head and all pistons, heated or is cooled. Furthermore, that the working gas without any special Energy expenditure for heating and cooling is conveyed, and thereby achieves a high level of motor efficiency.

Erfindungsgemäß wird der hohe Wirkungsgrad bei diesen Wärme­ kraftmaschinen dadurch erreicht, daß in einem feststehenden Zylinder mindestens drei Kolben drehbar untergebracht sind, welche während der Rotation noch Hubbewegungen ausführen und hierbei das Arbeitsgas vom Zylinderkopfrand zur Zylinderkopf­ mitte, und umgekehrt, befördern.According to the high efficiency with this heat engines achieved in that in a fixed Cylinders at least three pistons are rotatably accommodated, which still perform lifting movements during the rotation and the working gas from the cylinder head edge to the cylinder head in the middle and vice versa.

Das Arbeitsgas wird am Rand des oberen Zylinderkopfes abge­ kühlt und am selben Zylinderkopf, im Mittelpunktbereich, auch erhitzt. Die Kolben in der Zylinder-Mitte und -Rand sind Ar­ beitskolben. Der zwischenliegende Kolben ist ein Wärmetauscher. The working gas is abge at the edge of the upper cylinder head cools and on the same cylinder head, in the center area, too heated. The pistons in the middle and edge of the cylinder are Ar working piston. The intermediate piston is a heat exchanger.  

Die Abkühlung des Arbeitsgases erfolgt durch den Einbau eines Flüssigkeitsbehälters am Rand des Zylinderkopfes, der stetig mit kaltem Wasser bestückt wird, während die Kraftmaschine in Betrieb ist. Das Wasser ist auch von Luft oder Fahrtwind zu kühlen.The working gas is cooled by installing a Liquid container on the edge of the cylinder head, which is steady is loaded with cold water while the engine is in Operation is. The water is also covered by air or wind cool.

Die Erhitzung des Arbeitsgases erfolgt durch den Einbau eines Flüssigkeitsbehälters im Mittelpunktbereich des Zylinderkopfes. In diesem Bereich wird der Zylinderkopf halsartig ausgebildet, weil sich die kühleren Gasmoleküle am Halsmantel am besten er­ hitzen und danach in Richtung Drehachse strömen. Flüssigkeiten zur Gaserhitzung sind z. B. heißes Kühlwasser von Verbrennungsmo­ toren oder heißes Wasser von Sonnenkollektoren. Eine solche Flüs­ sigkeit ist auch von heißer Luft, Gas oder Abgas zu erhitzen.The working gas is heated by installing a Liquid container in the center area of the cylinder head. In this area, the cylinder head is designed neck-like, because the cooler gas molecules on the neck coat are best heat and then flow in the direction of the axis of rotation. liquids for gas heating z. B. hot cooling water from combustion engine gates or hot water from solar panels. Such a river liquid must also be heated by hot air, gas or exhaust gas.

Eine Vorerhitzung des Arbeitsgases erfolgt durch den Einbau des Kolbens zwischen den Arbeitskolben. Dieser Kolben fördert ab­ wechselnd kaltes und warmes Arbeitsgas, wodurch dieser Kolben und der darüberliegende Teil des Zylinderkopfes zum Wärmetau­ scher wird.The working gas is preheated by installing the Piston between the working pistons. This piston delivers alternating cold and warm working gas, which makes this piston and the overlying part of the cylinder head for heat retention shears.

Die Vorerhitzung trägt besonders zum hohen motorischen Wirkungs­ grad bei.The preheating contributes particularly to the high motor efficiency degree at.

Die bei der Erhitzung des Arbeitsgases entstehenden Überdruck­ kräfte und die bei der Abkühlung des Arbeitsgases entstehenden Unterdruckkräfte werden zunächst von den Kolben aufgenommen und von Rollen, die an den Kolben befestigt sind, an Schienenkränze weitergeleitet. Die Schienenkränze, welche auf Ständer stehen, weisen schiefe Ebenen auf. An den schiefen Ebenen werden die Hub­ bewegungen der Kolben gesteuert und gleichzeitig wird die Energie der Hubbewegungen in Rotationsenergie umgewandelt. Die mechani­ sche Energie wird durch ein gekoppelten elektrischen Generator in elektrische Energie umgewandelt. The excess pressure that arises when the working gas is heated forces and those arising when the working gas cools down Vacuum forces are initially absorbed by the pistons and of rollers, which are attached to the pistons, on rail rims forwarded. The rail wreaths, which stand on stands, have inclined planes. On the inclined planes, the hub Movements of the pistons are controlled and at the same time the energy the lifting movements are converted into rotational energy. The mechani energy is generated by a coupled electrical generator converted into electrical energy.  

Der Strom von der gewonnenen elektrischen Energie läßt sich in Akkumalatoren speichern oder gleich als motorischer Antrieb von Land- und Wasserfahrzeugen verwerten. In Haushalten kann der ge­ wonnene Strom auch für den Heizungszweck verwendet werden.The current from the electrical energy obtained can be in Accumulators store or as a motor drive from Recycle land and water vehicles. In households, the ge won electricity can also be used for heating purposes.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispieles und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobeiIn the following the invention is based on an example and with With reference to the accompanying drawings, wherein

Abb. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Wärme­ kraftmaschine zeigt. Fig. 1 shows a section through the heat engine according to the invention.

Abb. 2 zeigt im Schnitt schematisch sechs Stellungen (Takte) mit Kolben 2, 3 und 4 im Zylinder 1, bei einer Drehung der Kolben von 360 Grad. Fig. 2 shows schematically six positions (cycles) with pistons 2 , 3 and 4 in cylinder 1 , with a rotation of the pistons of 360 degrees.

Abb. 3 zeigt im Detail die Dichtungsart vom Kolbenmantel 4 zum feststehenden Zylinder 1. Fig. 3 shows in detail the type of seal from the piston skirt 4 to the fixed cylinder 1 .

Abb. 4 zeigt die kreisrunde Wärmekraftmaschine in perspek­ tivischer Darstellung. Fig. 4 shows the circular heat engine in perspective.

In Abb. 1 sind drei drehbare und kreisrunde Kolben 2, 3 u. 4, die in einem fest angebrachten Zylinder 1 untergebracht sind, dargestellt. Die Drehachswelle 12 ist durch die Keilwelle 13 drehbar mit dem Kolben 2 verbunden. Alle Kolben untereinander sind ebenfalls durch eine Keilwellenvorrichtung verbunden. Die Achswelle 12 ist gasdicht und drehbar mit dem Zylinderboden ver­ bunden. Das Arbeitsgas 8 und das übrige Gas 9, das sich in dem Hubraum vom Kolben 4 und dem übrigen Raum befindet, wird durch ein Ventil 22 kurzfristig (ca 10 Grad Kolben-Drehung) auf glei­ chen Druck gebracht. Die Gaskühlung erfolgt am ringförmigen Be­ hälter 6, im Zylinderkopfbereich K (kalt). Dieser ist über dem Arbeitskolben 4, bzw. am Zylinderrand, in den Zylinderkopf ein­ gearbeitet. Die Gaserhitzung erfolgt am ringförmigen Behälter 7, am Mantel des Zylinderhalses, bzw. im Zylinderkopfbereich W (warm). Die Gasvorerhitzung erfolgt mit dem Förderkolben 3 und dessen Zylinderkopfteil. Die Kraftübertragung von Überdruck- und Unterdruckkräften erfolgt über die Rollen 17 zu den Schienen­ kränzen 16, die an den Ständern 15 befestigt sind; zur Energie­ umformung in Rotationsenergie.In Fig. 1, three rotatable and circular pistons 2 , 3 u. 4 , which are housed in a fixed cylinder 1 , shown. The rotary shaft 12 is rotatably connected to the piston 2 by the spline shaft 13 . All pistons are also connected to each other by a spline device. The axle shaft 12 is gastight and rotatable ver connected to the cylinder bottom. The working gas 8 and the remaining gas 9 , which is located in the displacement of the piston 4 and the rest of the space, is brought briefly (approx. 10 degrees of piston rotation) to the same pressure by a valve 22 . The gas cooling takes place on the annular loading container 6 , in the cylinder head area K (cold). This is worked over the piston 4 , or at the cylinder edge, in the cylinder head. The gas is heated on the annular container 7 , on the jacket of the cylinder neck, or in the cylinder head area W (warm). The gas is preheated with the delivery piston 3 and its cylinder head part. The power transmission of positive and negative pressure forces takes place over the rollers 17 to the rails 16 , which are attached to the stands 15 ; for energy conversion into rotational energy.

Die Dichtung der Kolbenmäntel untereinander erfolgt durch den Einbau von Kolbenringen 21, und zusätzlich von Filzmänteln die auf einen der zu dichtenden Kolbenmantel geklebt wird. Die Dichtung des äußeren Kolbenmantels 4 zum Zylindermantel 1 erfolgt durch ein zusätzliches Mantelstück 5 mit Verzahnung. Die Schmierung der Laufteile erfolgt über das eingebrachte Öl 10, das zum Teil in Ölwannen 11 untergebracht ist, und zum Teil von der rotierenden Ölpumpe 14 an die erforderlichen Stellen be­ befördert wird. Das Ventil 22 ist nur bei der Grundstellung kurzfristig geöffnet. Diese ist dann gegeben, wenn das kalte Ar­ beitsgas sich im Hubraum vom Kolben 4 befindet. Die Wärmekraft­ maschine ist mit einem Anlasser 18 ausgestattet, um den Genera­ tor 19, sowie die Kolben 2, 3 u. 4 in Drehung zu versetzen, bis die Kolben im Schwung sind.The sealing of the piston sleeves to one another is carried out by installing piston rings 21 , and additionally by felt sleeves which are glued to one of the piston sleeves to be sealed. The outer piston jacket 4 is sealed to the cylinder jacket 1 by an additional jacket piece 5 with teeth. The lubrication of the running parts takes place via the introduced oil 10 , which is partly housed in oil pans 11 , and is partly transported by the rotating oil pump 14 to the required locations. The valve 22 is only briefly open in the basic position. This is when the cold Ar beitsgas is in the displacement of the piston 4 . The heat engine is equipped with a starter 18 to the generator 19 , and the pistons 2 , 3 u. 4 set in rotation until the pistons are in motion.

Aus Abb. 2 sind sechs Kolbenstellungen (Takte) ersicht­ lich, die sich bei Drehung der Achswelle 12, von 360 Grad, er­ geben. Im Kolben 2 bedeutet die a gleich die Hubhöhe des Ar­ beitsgases im Kaltzustand, und b gleich die zusätzliche Hub­ höhe im Warmzustand. Die Hubfläche von Kolben 3 und 4 ist dop­ pelt so groß, als die von Kolben 2, dargestellt, daher das Maß a/2. Mit der Wärmeisolierung 20 werden Wärmeverluste ver­ hindert.From Fig. 2 six piston positions (cycles) are visible, which result from the rotation of the axle shaft 12 , of 360 degrees. In piston 2 , the a is the lifting height of the working gas in the cold state, and b is the additional lifting height in the warm state. The stroke area of pistons 3 and 4 is twice as large as that of piston 2 , therefore the dimension a / 2. With the heat insulation 20 heat losses are prevented ver.

Claims (4)

1. Wärmekraftmaschine, bei der leichtes Arbeitsgas (8) im Zyklus erhitzt und abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem feststehenden Zylinder (1) mindestens drei Kolben (2, 3 u. 4) drehbar untergebracht sind, die während ihrer Rotation noch Hubbewegungen ausführen und dabei das Arbeitsgas (11) vom Rand des Zylinderkopfes zum Mittel­ punkt dieses Zylinderkopfes, und umgekehrt, befördern.1. Heat engine, in which light working gas ( 8 ) is heated and cooled in the cycle, characterized in that in a fixed cylinder ( 1 ) at least three pistons ( 2 , 3 and 4 ) are rotatably accommodated, the stroke movements during their rotation run and carry the working gas ( 11 ) from the edge of the cylinder head to the center of this cylinder head, and vice versa. 2. Wärmekraftmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß im oberen Zylinderkopf des Zylinders (1) mehrere ringförmige Behälter (6 u. 7) gasdicht eingearbeitet sind, wobei der Zylinderkopf im Mittelbereich halsartig ausgebil­ det ist, in dessen Bereich (W) der Behälter (7), für die Gaserhitzung, eingearbeitet ist.2. Heat engine according to claim 1, characterized in that in the upper cylinder head of the cylinder ( 1 ) a plurality of annular containers ( 6 and 7 ) are incorporated gas-tight, the cylinder head is neck-like ausgebil det in the area (W) of the Container ( 7 ), for gas heating, is incorporated. 3. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß Rollen (17) an den Kolbenmäntel angebracht sind, und auf den Schienenkränzen (16), die auf Ständern (15) montiert sind, rollen, und dabei die Hubenergie der Kolben an die Schienenkränze (16) leiten, wo diese in Rotations­ energie umgewandelt werden.3. Heat engine according to claim 2, characterized in that rollers ( 17 ) are attached to the piston sleeves, and roll on the rail rings ( 16 ), which are mounted on stands ( 15 ), while the lifting energy of the pistons on the rail rings ( 16 ) direct where they are converted into rotational energy. 4. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß ein zusätzlicher Kolbenmantelteil (5) mit Verzah­ nung eingebaut ist, der eine gasdichte Verbindung zwischen dem rotierenden Kolbenmantel (4) zum feststehenden Zylin­ dermantel (1) herstellt, wobei der Zylindermantel die Gegenverzahnung aufweist.4. Heat engine according to claim 3, characterized in that an additional piston skirt part ( 5 ) with toothing is installed, which produces a gas-tight connection between the rotating piston skirt ( 4 ) to the fixed cylinder jacket ( 1 ), the cylinder jacket having the counter teeth .