DE202018000899U1

DE202018000899U1 - Sphärischer Energiekonverter

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Publication number: DE202018000899U1
Application number: DE202018000899.0U
Authority: DE
Original assignee: KROELL ANDRE
Current assignee: Kroell Andre At
Priority date: 2018-02-21
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2018-04-06
Anticipated expiration: 2028-02-22
Also published as: KR102260695B1; DE112019000905A5; CN111757974B; EP3755882B1; WO2019161819A1; US20200392845A1; EP3755882A1; KR20200112991A; US10914173B2; CN111757974A

Abstract

Energiekonverter, umfassenda) ein Gehäuse, das einen kugelförmigen Arbeitsraum begrenzt und in dem Ein- und Auslassöffnungen für ein unter Druck stehendes flüssiges oder gasförmiges Medium angeordnet sind,b) eine Welle und eine diese aufnehmende Hohlwelle, die in dem Gehäuse drehbar gelagert sind, wobei ihre Drehachsen mit einem Durchmesser des Arbeitsraums zusammenfallen,c) zwei an der Innenwand des Gehäuses dichtend anliegende Flachdrehkolben mit kreisförmigem Profil, wobei der eine Flachdrehkolben mit der Welle und der andere Flachdrehkolben mit der Hohlwelle drehfest verbunden ist,d) zwei Zahnräder, die mit der Welle bzw. mit der Hohlwelle über ein Drehrichtungsgesperre verbunden sind, das eine Verdrehung der Zahnräder gegenüber der Welle bzw. der Hohlwelle entgegen der Arbeitsdrehrichtung verhindert, unde) ein mit den beiden Zahnrädern kämmendes Abtriebszahnrad, dadurch gekennzeichnet, dassf) in dem Gehäuse (1) zwei einander gegenüberliegende Einlassöffnungen (11) und zwei einander gegenüberliegende Auslassöffnungen (10) angeordnet sind,g) dass die Welle (2) und die Hohlwelle (3) jeweils über ein Drehrichtungsgesperre (12, 13) in dem Gehäuse (1) abgestützt ist, das eine Verdrehung der Welle bzw. der Hohlwelle entgegen der Arbeitsdrehrichtung verhindert,h) dass den beiden Flachdrehkolben (4, 5) Bewegungsmittel (16) zugeordnet sind, die bewirken, dass der jeweils bewegte Flachdrehkolben bei Beendigung eines Arbeitstaktes mit dem anderen Flachdrehkolben (5, 4) in Eingriff gelangt und diesen über die beiden Einlassöffnungen (11) hinweg bewegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Energiekonverter für Energieerzeugung mit einem Gehäuse, das einen rotationssymmetrischen Arbeitsraum begrenzt.
Ein doppelter Satz identischer Flachdrehkolben an konzentrischen Achsen in einer sphärischen Arbeitskammer bietet einen hohen Wirkungsgrad in kompakter Bauweise für Fluide.
Die Erfindung betrifft die Energieumwandlung von Fluidmassen in mechanische Energie, die weiter in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
Insbesondere handelt es sich um Generatoren mit kugelförmiger Arbeitskammer und Flachdrehkolben als innen drehende Kolben.
Hintergrund der Erfindung
Es gibt ein paar Vorschläge für Energieumwandlungsmaschinen mit sphärischer Arbeitskammer, die - zumindest theoretisch - die effektivste und kompakteste Konstruktionen sind.
Allerdings hat bisher keine Konstruktion die theoretischen Erwartungen und Ziele erreicht.
Stand der Technik
Ein paar Rechte an geistigem Eigentum und Anwendungen beziehen sich auf rotierende Kolbenmaschinen und einige davon auf die spezielle Form von sphärischen Arbeitskammern wie in GB 2052 639 und DE 26 08 479 . Bei denen eine Arbeitskammer oder Pumpenkammer räumlich durch eine Kolbenplatte getrennt ist in mehrere Kammervolumen, die durch ihre Drehung um zwei Achsen verändert werden.
Dies kann erreicht werden, indem man sie in Keilnuten innerhalb der Wand der Arbeitskammer wie in Wobble-Ring-Pumpen (z. B. US 3,549,286 ) führt.
Es wurde jedoch gezeigt, dass solche Wobbelbewegungen in Schlitzführungen nur für niedrige Drehzahlen und vorzugsweise als Pumpen für hochviskose Medien möglich sind. So kann es in Antriebsmaschinen nicht angewendet werden, da die Kolbenplatten zwangsläufig in den Nuten eingeklemmt werden, wenn die Druckbelastung nicht gleichmäßig zunimmt. Die PCT / NL 2011/050 475 bzw. WO 2012/002816 scheint eine Lösung für das Problem zu sein, obwohl die Kombination mehrerer konzentrischer Kammersegmente mit der Kolbenplatte einen stark segmentierten Bewegungsablauf mit unterschiedlichen Druckniveaus erzeugt, der sie zwingt, durch die Kombination mehrerer Rotationskammern gesteuert zu werden. Aber das bedeutet natürlich viel mehr technische Anstrengung. Darüber hinaus ist aus der DE 20 2009 016 021 U1 auch ein Verbrennungsmotor mit mehreren um eine Achse bewegbaren kreis- oder halbkreisförmigen Kolbenscheiben bekannt.
Allerdings gibt es ein Problem mit der Menge an Abwärme eines Verbrennungsmotors. Die Ableitung von der relativ kleinen Fläche einer kugelförmigen Arbeitskammer allein reicht bei der Kühlung kaum aus, wenn nicht wesentliche Anstrengungen in ein Druckkühlsystem eingebracht werden, was andererseits dem Wirkungsgrad entgegenwirkt.
Darüber hinaus erbt diese Konstruktion eine segmentierte Bewegung, die von Stoppern unterbrochen wird, was nicht nur die Effizienz verringert, sondern auch mechanische Probleme verursacht.
Zusammen mit der schlagartigen Bewegung von flachen Schaufeln führt dies zu schädlichen Schwingungsmustem.
Aufgabe der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System bereitzustellen, das in der Lage ist, Energie effizient in Form von fließenden oder gasförmigen Massen in Rotation umzuwandeln und so effizient in elektrische Energie umzuwandeln.
Lösung / erfinderischer Schritt
Die Grundkonstruktion bezieht sich daher auf die DE 2 2009016 021 U1 , die von dem gleichen Erfinder stammt

A) Es gibt keinen intermittierenden Stopp mehr durch die Arretiereinrichtungen.
B) Die Flachdrehkolben sind identisch verzogen, um der Resonanz zu widerstehen, so dass Schwingungen unwahrscheinlich sind und sich nicht ausbreiten.
C) Die Anwendung richtet sich nun an Wasserturbinen und Luftdrucksysteme, die im Gegensatz zur Anwendung von Explosionsmaschinen mit einer gleichbleibenden Belastung ihrer Medien arbeiten.

Aber die grundlegenden Vorteile der sphärischen Arbeitskammern und Schaufeln in ihm bleiben erhalten: hohe Effizienz, aufgrund der Tatsache, dass die Reibung der Schaufeln in einer Kugel viel weniger sind im Vergleich zu Kolben in einem Zylinder, oder andere, noch weniger effektive Designs.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 - 4 das Grundprinzip in einer schematischen Darstellung. Die Ansichten vernachlässigen die Verwerfung der Flachdrehkolben.
5 die perspektivische Ansicht der kompletten inneren Antriebseinheit inklusive Getriebe.
6 die primären Einzelteile in perspektivischer Ansicht
7 die Gehäusehälten
8 eine Gesamtansicht ohne Getriebedeckel.
9 die sphärische Ausführung der Flachdrehkolben.
10 in einem größeren Maßstab einen Ausschnitt des Flachdrehkolben mit einem Dichtstreifen.
11 Darstellung der Schwungscheiben

Der in 8 gezeigte sphärische Energiekonverter besteht aus einem Gehäuse 1 das einen kugelförmigen Arbeitsraum begrenzt.
In dem Gehäuse 1 sind 2 Hohlwellen 3a und 3b gelagert, deren Achsen mit einem Durchmesser des kugelförmigen Gehäuses 1 zusammenfallen.
Wie aus 5 hervorgeht, sind die Hohlwellen 3a und 3b auf dder Welle 2 aufgeschoben. Die sphärischen Flachdrehkolben 4 und 5 sind jeweils mit der Hohlwelle 3a und 3b fest verbunden. Möglich wären schweißen, aus einem Stück gießen oder ale ein Teil fräsen.
Die Hohlwelle 3a wird durch Keilnut, Bolzen oder anschweißen auf der Welle 2 drehfest verbunden, während die Hohlwelle 3b drehbar gelagert bleibt.
Die beiden sphärischen Flachdrehkolben haben ein kreisförmiges Profil, so dass sie an der Innenwand des Gehäuses 1 dichtend anliegen. Genauer gesagt besteht jeder sphärische Flachdrehkolben 4,5 aus zwei sphärischen halbkreisförmigen Flügeln. Die beiden sphärischen Flügel sind in der ersten Hälfte des geraden Bereichs ihrer Grundlinie mit der Hohlwelle 3a und 3b drehfest verbunden. Die zweite Hälfte der Grundlinie gleitet dichtend über die gegenüberliegende Hohlwelle 3a oder 3b.
Die beiden sphärischen Flachdrehkolben 4,5 begrenzen somit in dem Gehäuse 1 insgesamt 4 Kammern I, II, III und IV wie in 1-4 gezeigt.
Wie in 10 gezeigt, ist in den Dichtflächen der sphärischen Flachdrehkolben 4,5 eine Nut ausgespart, in die eine Dichtung 18 eingesetzt ist.
Wie in Fig_.5 dargestellt, ist die Hohlwelle 3b mit dem äußeren rechten Ende über eine Freilaufkupplung 14 mit dem Zahnrad 6 verbunden, und mit dem aus der Hohlwelle 3a herausragendem äußeren Ende der Welle 2 ist ein Zahnrad 7 über eine Freilaufkupplung 15 verbunden.
Die beiden Zahnräder 6 und 7 kämmen mit einem Zahnrad 8,das mit einer zu den Wellen 2,3 parallelen Abtriebswelle 9 drehfest verbunden ist.
Funktionsweise
1 Das Medium (Gas oder flüssig) tritt permanent durch die Einlassöffnungen 10 in die Kammern I und III ein.
Dementsprechend wird der Flachdrehkolben 4 in Drehrichtung vorwärts getrieben, während der hintere Flachdrehkolben 5 dann rückwärts angetrieben würde. Da sich jedoch ein Freilauflager (13 in Fig_. 5) zwischen der Hohlwelle 3b und dem Gehäuse 1 (in 7,8) einschaltet, ist der Flachdrehkolben (5) am Rückwärtsdrehen blockiert.
Wenn der vordere Flachdrehkolben 4 nach vorne gedrückt wird, steht das Medium in II und IV unter Druck, und wird über die Auslassöffnungen 11 ausgepresst.
Durch die Drehbewegung des Flachdrehkolben 4 siehe (2) der drehfest mit der Hohlwelle 3a und der Welle 2 verbunden ist wird über dem blockierten Klemmkörperfreilauf 15 das Zahnrad 7 angetrieben.
Das Zahnrad 7 gibt durch die Einkämmung die Drehbewegung an das Abtriebs- Zahnrad 8 weiter und die an das Abtriebs- Zahnrad 8 befestigte Abtriebswelle 9 dreht sich.
Sobald die Welle 2 nach dem Arbeitshub anhält, kann sich das Zahnrad 7 durch den Klemmkörperfreilauf 15 weiter auf der Welle drehen. Ein Weiterschieben des Flachdrehkolben 5 wie in (4) ersichtlich, kann durch folgende Möglichkeiten erreicht werden:

A) Ein Anschlagbolzen 16 der am Flachdrehkolben 4 befestigt ist, drückt den Flachdrehkolben 5 in die nächste Position.
B) Auf der Hohlwelle 3b und der Welle 2 wird je eine Schwungscheibe (11) 19 befestigt, die die Flachdrehkolben über den Totpunkt schieben.

Sobald der Flachdrehkolben (5) über die Einlässe (11) gedreht wird, wird der Druck in den Kammern II und IV aufgebaut.
Jetzt wird der Flachdrehkolben 5 in Drehrichtung vorwärts getrieben, während der hintere Flachdrehkolben 4 der mit dem Klemmkörperfreilauf (12 in 5) drehfest verbunden ist am Ausweichen in die Gegenrichtung gehindert wird.
Der Klemmkörperfreilauf 12 ist in das Gehäuse 1 eingesetzt und gegen Verdrehung gesichert.
Wenn der Flachdrehkolben 5 nach vorne gedrückt wird, steht das Medium in I und III unter Druck, und wird über die Auslassöffnungen 10 ausgepresst.
Durch die Drehbewegung des Flachdrehkolben 5 siehe (4) der drehfest mit der Hohlwelle 3 verbunden ist wird über dem blockierten Klemm- körperfreilauf 14 (nicht sichtbar im Zahnrad 6) das Zahnrad 6 angetrieben.
Das Zahnrad 6 gibt durch die Einkämmung die Drehbewegung an das Abtriebs- Zahnrad 8 weiter und die an das Abtriebs- Zahnrad 8 befestigte Arbeitswelle 9 dreht sich.
Sobald die Hohlwelle 3 nach dem Arbeitshub anhält, kann sich das Zahnrad 6 durch den Klemmkörperfreilauf 14 weiter auf der Welle drehen. Dieser Vorgang wird kontinuierlich wiederholt.
Wie dies vorstehend erläutert wurde, kommt es beim Betrieb des spährischen Energieerzeuger zu einer schrittweisen Verdrehung der beiden Flachdrehkolben 4,5 wobei abwechselnd einer der beiden Flachdrehkolben einen Arbeitshub ausführt Auf die Hohlwelle 3b und die Welle 2 wird daher abwechselnd ein Arbeitsdrehmoment im Uhrzeigersinn ausgeübt. Die den beiden Zahnrädern zugeordneten Klemmkörperfreiläufe 14,15 sind wirksam, damit die Welle 2 oder die Hohlwelle 3b auf das zugeordnete Zahnrad 6 oder 7 in einer Drehrichtung ein Antriebsdrehmoment übertragen kann. Ein von dem Abtriebszahnrad 8 angetriebenes Zahnrad 6 oder 7 kann jedoch die zugeordnete nicht angetriebene Welle 2 oder Hohlwelle 3b überholen.
Über den Abstand zwischen dem Auslass 10 und der Einlassöffnung 11 am Gehäuse 1 kann die Bremswirkung zwischen den Flachkolben 4,5 bestimmt werden.
Die spährisch verformten Flachdrehkolben (9) können der Resonanz entgegen wirken, so dass Schwingungen unwahrscheinlich sind und sich nicht ausbreiten.
Die an der Innenfläche des Gehäuses 1 anliegende halbkreisförmige Dichtung 18 ( 10) ist vorzugsweise mit Vorspannung in die entsprechende Nut des Flachdrehkolben 4,5 eingesetzt, damit sie sich bei zunehmenden Verschleiß radial ausdehnen kann, so dass die Dichtwirkung erhalten bleibt.
Hier sind ein paar Vorschläge für den sphärischen Energiekonverter:

A) Im Untergeschoß von Hochhäusern kann der sphärische Energiekonverter zur Stromerzeugung verwendet werden, indem er mit Regen- oder Brauchwasser angetrieben wird.
B) Ein Einsatz in einem Gezeitenkraftwerk wäre vorstellbar, das potentielle und kinetische Energie aus dem Tidenhub des Meeres in elektrischen Strom wandelt.
C) Ein Einsatz in Flußkraftwerken wäre vorteilhaft, da durch die hohe Effizienz nur geringe Druckunterschiede im Wassergefälle notwendig wären.
D) Vorstellbar wäre auch ein Einsatz in Druckluftspeicherkraftwerken.

Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Welle
3a: Hohlwelle
3b: Hohlwelle
4: Flachdrehkolben
5: Flachdrehkolben
6,7: Zahnrad
8: Abtriebszahnrad
9: Abtriebswelle
10: Auslass
11: Einlass
12: Klemmkörperfreilauf
13: Klemmkörperfreilauf
14: Klemmkörperfreilauf
15: Klemmkörperfreilauf
16: Anschlagbolzen
17: Getriebegehäuse
18: Dichtstreifen
19: Schwungscheibe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

GB 2052639 [0007]
DE 2608479 [0007]
US 3549286 [0008]
NL 2011/050475 [0009]
WO 2012/002816 [0009]
DE 202009016021 U1 [0009]
DE 22009016021 U1 [0014]

Claims

Energiekonverter, umfassend a) ein Gehäuse, das einen kugelförmigen Arbeitsraum begrenzt und in dem Ein- und Auslassöffnungen für ein unter Druck stehendes flüssiges oder gasförmiges Medium angeordnet sind, b) eine Welle und eine diese aufnehmende Hohlwelle, die in dem Gehäuse drehbar gelagert sind, wobei ihre Drehachsen mit einem Durchmesser des Arbeitsraums zusammenfallen, c) zwei an der Innenwand des Gehäuses dichtend anliegende Flachdrehkolben mit kreisförmigem Profil, wobei der eine Flachdrehkolben mit der Welle und der andere Flachdrehkolben mit der Hohlwelle drehfest verbunden ist, d) zwei Zahnräder, die mit der Welle bzw. mit der Hohlwelle über ein Drehrichtungsgesperre verbunden sind, das eine Verdrehung der Zahnräder gegenüber der Welle bzw. der Hohlwelle entgegen der Arbeitsdrehrichtung verhindert, und e) ein mit den beiden Zahnrädern kämmendes Abtriebszahnrad, dadurch gekennzeichnet, dass f) in dem Gehäuse (1) zwei einander gegenüberliegende Einlassöffnungen (11) und zwei einander gegenüberliegende Auslassöffnungen (10) angeordnet sind, g) dass die Welle (2) und die Hohlwelle (3) jeweils über ein Drehrichtungsgesperre (12, 13) in dem Gehäuse (1) abgestützt ist, das eine Verdrehung der Welle bzw. der Hohlwelle entgegen der Arbeitsdrehrichtung verhindert, h) dass den beiden Flachdrehkolben (4, 5) Bewegungsmittel (16) zugeordnet sind, die bewirken, dass der jeweils bewegte Flachdrehkolben bei Beendigung eines Arbeitstaktes mit dem anderen Flachdrehkolben (5, 4) in Eingriff gelangt und diesen über die beiden Einlassöffnungen (11) hinweg bewegt.
Energiekonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsmittel von an den Flachdrehkolben (4, 5) angeordneten Anschlagbolzen (16) gebildet sind.
Energiekonverter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsmittel von an der Welle (2) und an der Hohlwelle (3) angeordneten Schwungscheiben (19) gebildet sind.
Energiekonverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Umfang der beiden Flachdrehkolben (4,5) jeweils zwei halbkreisförmige Dichtungen (18) zugeordnet sind.
Energiekonverter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen (18) unter Vorspannung an der Innenwand des Gehäuses (1) anliegen.
Energiekonverter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beiden Flachdrehkolben (4, 5) identisch sphärisch ausgebildet sind.