DE2735953A1 - WORKING CYLINDER WITH ANGLED EXPANSION AND CONTRACTION CHAMBERS - Google Patents

Description

Kehl D-7300 ^srlingen D'pl.-lng. Hartmut Kehl Kehl D-7300 ^ srlingen D'pl.-lng. Hartmut Kehl

Kratzsch Mülberosrstr. o5 f)ipl.-lng. Volkhard Kratzsch Kratzsch Mülberosrstr. o5 f) ipl.-ln g. Volkhard Kratzsc h

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George J. Doundoulakis 1. August 1977George J. Doundoulakis August 1st, 1977 North Bel !more, N. Y., USA Anwaltsakte 2310North Bel! More, N. Y., USA Attorney File 2310

Arbeitszylinder mit winkelförmigen Expansions- und KontraktionskammernWorking cylinder with angular expansion and contraction chambers

Zusammenfassungsummary

Es wird ein Arbeitszylinder mit winkelförmigen Expansions- und Kompressionskammern angegeben, die in einer großen Anzahl von verschiedenen Vorrichtungen verwendbar ist, wie in Kompressoren, Pumpen, Maschinen mit interner und externer Verbrennung (Verbrennungskraftmaschinen, Dampfmaschinen, Gasturbinen), hydrostatischen Generatoren, Luftmotoren und ähnlichen, deren winkelförmige Kompressions- und Expansionskammern im Innern einer zylindrischen Trommel gebildet werden, die mit im wesentlichen gleichförmiger Geschwindigkeit W~ rotiert. Die Kammern bilden sich zwischen N von der Trommel getragenen äußeren Radialkolben und N inneren Radialkolben, die an einem Innenrotor befestigt sind, dessen Geschwindigkeit zu- und abnimmt, und zwar von einer Geschwindigkeit von Null zu einer Geschwindigkeit 2W_n bezüglich eines feststehenden Gehäuses. Eine einzige Öffnung pro Kammer bildet Ein- und Auslaß, wenn sie in Koinzidenz mit azimutal in die Basis des feststehenden Gehäuses eingeschnittenen Schlitzen kommt. Die inneren Radialkolben, die innerhalb des von den äußeren Radialkolben gebildeten Winkels oszillieren, kreuzen nicht diese Öffnungen. Dadurch kann Schmieröl zwischen einem Paar von Dichtungselementen fließen, die entlang solcher Kanten der Radialkolben angeordnet sind, welche an anderen Teilen des Arbeitszylinders entlang gleiten. Die Verwendung dieses Arbeitszylinders in einer verbesserten sogenannten Drei-Rotoren-Anordnung ist gezeigt.A working cylinder with angular expansion and compression chambers is specified, which can be used in a large number of different devices, such as in compressors, pumps, machines with internal and external combustion (internal combustion engines, steam engines, gas turbines), hydrostatic generators, air motors and the like, the angular compression and expansion chambers of which are formed inside a cylindrical drum which rotates at a substantially uniform speed W ~. The chambers are formed between N outer radial pistons carried by the drum and N inner radial pistons attached to an inner rotor, the speed of which is increasing and decreasing, from zero speed to a speed of 2W _n with respect to a stationary housing. A single opening per chamber forms inlet and outlet when it comes in coincidence with azimuthally cut slots in the base of the fixed housing. The inner radial pistons, which oscillate within the angle formed by the outer radial pistons, do not cross these openings. This allows lubricating oil to flow between a pair of sealing elements which are arranged along those edges of the radial pistons which slide along other parts of the working cylinder. The use of this working cylinder in an improved so-called three-rotor arrangement is shown.

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Die Erfindung betrifft einen Arbeitszylinder mit winkelförmigen expandierenden und konTraktierenden Kammern.The invention relates to a working cylinder with angled expanding and contracting chambers.

Ein solcher Arbeitszylinder ist in die Gattung der Arbeitsmaschinen einzureihen, bei welchen innerhalb eines Zylinders rotierende Kolben angeordnet sind und der im Innern des Zylinders erzeugte Druck unmittelbar die Drehkolben in Rotation versetzt. Diese nur drehende Teile aufweisende Arbeitsmaschinen, zu denen auch der Wankelmotor oder die Gasturbine zählt, haben gegenüber den herkömmlichen Axialkolbenmaschinen den Vorteil, daß bei ihnen nicht eine Wechselwirkung zwischen drehenden und axial bewegten Teilen stattfindet, wie dies bei den bekannten Maschinen oder MotorenSuch a working cylinder is classified under the category of working machines which rotating pistons are arranged inside a cylinder and which inside The pressure generated by the cylinder immediately sets the rotary lobes in rotation. These Working machines that only have rotating parts, including the rotary engine or the gas turbine counts, compared to conventional axial piston machines the advantage that with them there is no interaction between rotating and axial moving parts takes place, as is the case with the known machines or motors

mit axial hin- und herbeweglichen Arbeitskolben der Fall ist.is the case with axially reciprocating working piston.

Bei den letztgenannten Maschinen bewegt sich der Arbeitskolben längs der Achse eines Zylinders und vergrößert oder reduziert das Volumen dieses Zylinders. Durch Ventile, die während bestimmter Intervalle öffnen und schließen, kann ein Medium in den Zylinder einströmen und wieder ausgestoßen werden. Diese Intervalle werden zeitlich unter Berücksichtigung der Rotation einer Kurbelwelle festgelegt. Der Zylinder ist starr mit einem Gehäuse verbunden und bildet einen Teil desselben.In the latter machines, the working piston moves along the axis of a cylinder and increases or decreases the volume of this cylinder. By Valves that open and close during certain intervals can be a medium flow into the cylinder and be ejected again. These intervals will be set in time taking into account the rotation of a crankshaft. The cylinder is rigidly connected to a housing and forms part of the same.

Die Axialbewegung der Arbeitskolben ist verknüpft mit einer Kurbelwelle, mit der die Kolben über Kurbelsrangen verbunden sind. Bei Pumpen und Kompressoren greift ein externes Drehmoment an der Kurbelwelle an, die ihrerseits über die Kurbelstangen die Kolben in axiale Bewegung versetzt. Bei Dampfmaschinen wird die axiale Bewegung der Kolben über die Kurbelstangen in Rotation der Kurbelwelle umgesetzt. Bei Verbrennungskraftmaschinen mit hin- und herbeweglichen Kolben ist zunächst einmal die Rotationsenergie von dem Schwungmoment der Maschine vorhanden, die später in die axiale Bewegung der Kolben zum Zusammenpressen eines Mediums umgesetzt wird, eines Mediums wie Luft oder einer Mischung aus Luft und Kraftstoff. Anschließend, nach der Zündung des Kraftstoffes,wird die axiale Bewegung der Kolben in ein Drehmoment an der Kurbelwelle umgesetzt. Die Kurbelstangen zwischen den Kolben undThe axial movement of the working pistons is linked to a crankshaft with which the pistons are connected by crankshafts. Applies to pumps and compressors an external torque on the crankshaft, which in turn via the connecting rods the piston is set in axial movement. With steam engines the axial movement the piston is converted into rotation of the crankshaft via the connecting rods. In internal combustion engines With reciprocating pistons, the rotational energy from the moment of inertia of the machine is initially available, which is later transferred to the axial movement of the piston is implemented to compress a medium, a medium such as air or a mixture of air and fuel. Afterward, After the fuel is ignited, the axial movement of the piston turns into torque implemented on the crankshaft. The connecting rods between the pistons and

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der Kurbelwelle werden bei Verbrennungskraf!maschinen mif hin- und hergehenden Kolben dazu verwendet, die Energie in beiden Richtungen zu Übertragen, und zwar von der Kurbelwelle zu dem Axialkolben und umgekehrt.of the crankshaft are reciprocating in internal combustion machines Pistons are used to transfer the energy in both directions, namely from the crankshaft to the axial piston and vice versa.

Die Umwandlung von linearer in drehende Bewegung ist mit Nachteilen verbunden. Da die zu der Kurbelwelle hin gerichtete Kraft längs der Kurbelstangen verläuft, während die Kolbenkraft in Achsrichtung des Zylinders gerichtet ist, entsteht eine Kraftkomponente, die zu dem Kolbenumfang hin gerichtet ist. Diese auf den Umfang oder die Seite des Zylinders hin gerichtete Kraft trägt bei zu einer Reibungskraft ( in der Größenordnung von 14 lbs. pro square inch der Kolbenfläche ), die der Bewegung des Kolbens entgegenwirkt.The conversion from linear to rotary motion is associated with disadvantages. Since the force directed towards the crankshaft runs along the connecting rods, while the piston force is directed in the axial direction of the cylinder, a Force component that is directed towards the piston circumference. This to the extent or the force directed towards the side of the cylinder contributes to a frictional force (in on the order of 14 lbs. per square inch of the piston area) that of the movement of the piston counteracts.

Obwohl bereits ein Zylinder mit seinem Kolben eine Arbeitsmaschine darstellt, sind die meisten der gegenwärtigen Verbrennungskraftmaschinen aus Gruppen von solchen Zylindern zusammengesetzt. Die einzelnen Zylinder sind nicht exakt nebeneinander angeordnet. Hinzu kommen verschiedene weitere Komponenten, wie Kurbelwelle undAlthough a cylinder with its piston already represents a working machine most of the present day internal combustion engines come from groups of such Assembled cylinders. The individual cylinders are not exactly next to each other arranged. There are also various other components, such as crankshaft and Paare von Steuerventilen, die aufeinander abgestimmt sein mUssen. Die V-8 Anordnung der Zylinder« I ' stellt eine Verbesserung gegenüber der älteren Vertikalanordnung der Zylinder dar,Pairs of control valves that must be matched to one another. The V-8 arrangement of the cylinders « I 'represents an improvement over the older vertical arrangement of the cylinders, da sie bei exakter Ausrichtung die unangenehmen Vibrationen vermeidet, die die lineare Bewegung der Kolben hervorruft. Noch immer nutzen aber diese Vielzylindermaschinen den vorhandenen Raum schlecht aus. DarUberhinaus sind sie sehr schwer. Den einzigen Vorteil, den diese Maschinen mit hin-; und herbeweglichen Kolben aufweisen, ist, daß ihnen in der Vergangenheit eine umfassende Forschung und Entwicklung Über viele Jahre hinweg gewidmet worden ist und sie dadurch sehr stark verfeinert werden konnten.because with exact alignment it avoids the unpleasant vibrations that the causes linear movement of the pistons. However, these multi-cylinder machines still make poor use of the available space. In addition, they are very heavy. The only advantage these machines have; and moving pistons exhibit is that extensive research and development has been devoted to them in the past over many years, making them very strong could be refined.

Alle diese Nachteile werden von den Arbeitsmaschinen mit rotierenden Kolben, zu der auch der erfindungsgemäße Arbeitszylinder mit winkelförmigen expandierenden und kontraktierenden Kammern zu zählen ist, vermieden. Ein bekannter Arbeitszylinder dieser Art, der· unter der Bezeichnung "Scheren-LauF'-( scissor action )-Kolben bekannt wurde, ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. In den vielen Ausfuhrungen,All of these disadvantages are borne out by working machines with rotating pistons, too which also the working cylinder according to the invention with angled expanding and counting contracting chambers is avoided. A well-known working cylinder of this type, the · under the name "Scheren-LauF '(scissor action) piston became known, is shown in Fig. 1 of the drawing. In the many versions

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die in dan letzten Jahren zur Steuerung von scissor action-Kolben bekannt wurden, werden die Kolben immer von einer Welle 20 getragen, auf die Hohlwellen 18 und 19 aufgeschoben sind, und zwar in einer Anordnung, die ähnlich einem zweiteiligen Türscharnier ist, wobei die flachen Teile des Türscharniers die Kolben 22a, 22b, 22c und 22d darstellen. Die Kolben arbeiten innerhalb eines feststehenden Arbeitszylinders 24,der Teil eines Gehäuses 26 ist. Die Kammern 28a, 28b, 28c und 28d werden zwischen dem Gehäuse 26 und den Hohlwellen 18 und 19 gebildet, während ihre Kreisbogen länge von den Kolben 22a und 22b bestimmt wird. Wenn {ede Hohlwelle ein Paar Kolben trägt, was tatsächlich der Fall ist, so werden in dem Arbeitszylinder 24 vier solche Kammern 28a, 28b, 28c und 28d gebildet. Diese Kammern können die vier Takte eines Arbeitsspieles eines Otto-Motors ausführen, nämlich Ansaugen, Verdichten, Verbrennen und Ausstroßen. Zur Expansion und Kontraktion der Kammern wird ein Kolbenpaar 22a und 22c festgehalten, während das zweite Kolbenpaar 22b und 22d eine 90 -Drehung ausführt. Dann wird das zweite Kolbenpaar 22b und 22d festgehalten, während das erste Kolbenpaar 22a und 22c in der gleichen Rotationsrichtung um 90 dreht. Ein solches Arbeitsspiel wird gewöhnlich als "Katz und Maus"-Spiel ("cat and mouse" action ) bezeichnet. which became known in the last few years for the control of scissor action pistons, the pistons are always carried by a shaft 20 on the hollow shafts 18 and 19 are slid in an arrangement similar to a two-part The door hinge is where the flat parts of the door hinge represent the pistons 22a, 22b, 22c and 22d. The pistons work inside a fixed one Working cylinder 24 which is part of a housing 26. The chambers 28a, 28b, 28c and 28d are formed between the housing 26 and the hollow shafts 18 and 19, while their arc length is determined by the pistons 22a and 22b. if {Every hollow shaft carries a pair of pistons, which is actually the case in the working cylinder 24 four such chambers 28a, 28b, 28c and 28d formed. These chambers can handle the four cycles of a work cycle of a gasoline engine perform, namely sucking in, compressing, burning and discharging. To expansion and contraction of the chambers, a pair of pistons 22a and 22c is held, while the second pair of pistons 22b and 22d makes a 90 turn. Then the second pair of pistons 22b and 22d is held while the first pair of pistons 22a and 22c rotates 90 in the same direction of rotation. Such a work cycle is commonly referred to as "cat and mouse" action.

Die derzeit gebauten scissor action-Maschinen haben, wie berichtet, eindrucksvolle Ergebnisse erzielt, hautpsächlich hinsichtlich ihres Leistung-Gewicht-Verhältnisses. Gleichzeitig zeigen aber diese scissor-action-Maschinen folgende Nachteile:The scissor action machines currently being built have been reported to be impressive Achieved results, mainly in terms of their power-to-weight ratio. At the same time, however, these scissor-action machines have the following disadvantages:

a) Die Kolben werden von den Hohlwellen 18 und 19 nur über die Hälfte der Kolbenhöhe 32a und 32b in Fig. 1 gehalten und sind in der anderen Hälfte der Kolbenhöhe 33a und 33b in Fig. 1 frei tragend. Aus diesem Grund bereits sind die Kolben schon an sich schwach strukturiert, es sei denn, daß sie eine beträchtliche Masse besitzen, was allerdings ein Ansteigen des Trägheitsmomentes der Kolben und damit eine Reduzierung ihrer Schnelligkeit bei hoher Beschleunigung zur Folge hat.a) The pistons are only about half of the hollow shafts 18 and 19 the piston height 32a and 32b in Fig. 1 and are cantilevered in the other half of the piston height 33a and 33b in Fig. 1. For this The pistons are already weakly structured, unless they have a considerable mass, which is true an increase in the moment of inertia of the pistons and thus a reduction their speed at high acceleration.

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b) Die Dichtung zwischen den benachbarten Kammern ist problematisch. Dies führt zu zwei Alternativen:b) The seal between the adjacent chambers is problematic. This leads to two alternatives:

i. Es werden keine Speziaidichtungselemente verwendet. Dann muß ein Spalt zw ischen den Kolben 22a, 22b, 22c und 22d und dem Zylindergehäuse 26 verbleiben, um ein Blockieren der Kolben im Gehäuse bei unterschiedlicher thermischer Ausdehnung zu verhindern. Dieser Spalt trägt zu einem Verlust von Druck und Kraftstoff bei.i. No special sealing elements are used. Then a gap between the pistons 22a, 22b, 22c and 22d and the cylinder housing 26 must remain in order to prevent the pistons from jamming in the housing with different thermal expansion. This gap increases loss of pressure and fuel.

Π. Es werden wie in Fig. 1 dargestellte Dichtungselemente 42a und 42b passend zu den Kolben verwendet. Dann entstehen Schwierigkeiten in der Schmierung dieser Dichtungselemente. Bei Verbrennungskraftmaschinen, bei denen Öl oder Gas entzündet wird, muß eine ständige Zulieferung von Ol vorgesehen werden, wodurch die Möglichkeit eröffnet wird, daß die in den Arbeitszylinder eindringenden Verunreinigungsprodukte anwachsen. Wenn das Öl entlang den Kolben zwischen den Dichtungselementen 42a und 42b und dem Gehäuse 26 entlanglauft, kann sich das Öl sowohl in die Ein- und Auslaßöffnungen 45 als auch in die Zündkerzenöffnung ergießen, während die Kolben diese Öffnungen Überstreichen.Π. Sealing elements 42a and 42b, as shown in FIG. 1, are used to match the pistons. Difficulties then arise in the lubrication of these sealing elements. In internal combustion engines where oil or gas is ignited, a constant supply of oil must be provided, which opens up the possibility that those penetrating into the working cylinder Pollution products grow. When the oil along the piston between the sealing elements 42a and 42b and the housing 26 runs along, the oil can pour into both the inlet and outlet openings 45 and into the spark plug opening, while the pistons are these openings Paint over.

Dichtungselemente, die entlang der Peripherie der Kolben verlaufen, bereiten Schwierigkeiten. Die Dichtung wird leichter bei ringförmiger Ausgestaltung von Dichtungselementen, aber das Problem des Einfließens in die Öffnungen verbleibt.Sealing elements that run along the periphery of the pistons present difficulties. The seal will easier with an annular configuration of sealing elements, but the problem of flowing into the openings remains.

Bei scissor action-Maschinen ist es üblicher, daß das Vorbeigleiten der Kolben an den Öffnungen das Öffnen und Schließen dieser Öffnungen bestimmt, als der Gebrauch von Steuerventilen. Weite und gewöhnlicherweise massiveIn scissor action machines, it is more common for the pistons to slide past the orifices to open and Closing these openings is intended as the use of control valves. Expansive and usually massive

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Kolben sind dann notwendig, um den Einlaß und den Aus'cß in geeigneter Weise zeitlich abzustimmen. Die Dichtungsprobleme bleiben auch hier ungelöst.Pistons are then necessary to properly time the inlet and outlet. the Sealing problems also remain unsolved here.

In dar US-PS 3 989 012 ist eine Drei-Rotoren-Maschine beschrieben, bei welcher sich zwei ineinander geschachtelte drehende Kolbenpaare in gleichzeitiger Bewegung relativ zu dem Maschinengehäuse befinden. Der Arbeitszylinder dieser Maschine leidet unter der Tatsache, daß die innere Wandfläche des Arbeitszylinders, in welchem die Radialkolben arbeiten, zu drei getrennten Teilen der Anordnung gehört, nämlich zu den zwei Rotoren, welche die ineinander geschachtelten Radialkolben tragen, dem ersten Rotor,der die innere zylindrische V/andfläche und eine Bodenfläche bildefTfaem zwei ten Rotor, der die andere Bodenfläche des Zylinders bildet ,und zu dem orstfesten Maschinengehäuse, welches die äußere zylindrische Wandfläche des Arbeitszylinders bildet. Der Nachteil dieser Konstruktion liegt darin, daß während der Kraftstoffexplosion die Innenwand des Arbeitszylinders dazu neigt, unter dem entstehenden Innendruck zu bersten. Drucklager mit beträchtlichen Reibungsverlusten müssen daher zwischen den Seitenrotoren und dem Gehäuse vorgesehen werden, um den Arbeitszylinder, in welchem die Radialkolben arbeiten, am Auseinanderbersten zu hindern.US Pat. No. 3,989,012 describes a three-rotor machine in which two nested pairs of rotating pistons in simultaneous movement are located relative to the machine housing. The working cylinder of this machine suffers from the fact that the inner wall surface of the working cylinder in which the radial pistons work belongs to three separate parts of the assembly, namely to the two rotors, which carry the nested radial pistons, the first rotor, which has the inner cylindrical V / andfläche and a Bottom surface forms the second rotor, which is the other bottom surface of the cylinder forms, and to the stationary machine housing, which is the outer cylindrical Forms wall surface of the working cylinder. The disadvantage of this construction is that the inner wall of the working cylinder during the fuel explosion tends to burst under the resulting internal pressure. Thrust bearing with considerable Frictional losses must therefore be provided between the side rotors and the housing, around the working cylinder in which the radial piston work to keep them from falling apart.

Ein weiterer Nachteil des Zylinderaufbaus in der Drei-Rotoren-Maschine ist das Übermäßige Trägheitsmoment des beschleunigten Rotors. Dieses Trägheitsmoment wird hervorgerufen durch den Rotor, der die äußere Bodenfläche des Arbeitszylinders bildet.Another disadvantage of the cylinder structure in the three-rotor machine is that Excessive moment of inertia of the accelerated rotor. This moment of inertia is caused by the rotor, which is the outer bottom surface of the working cylinder forms.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorstehend beschriebenen Nachteile der scissor-action-Maschine und der Drei-Rotoren-Maschine einen Arbeitszylinder der eingangs genannten Art zu schaffen, der leistungsfähig ist, einen hohen Wirkungsgrad aufweist und mit Vorteil in verschiedenen Apparaturen wie Pumpen, Kompressoren, Maschinen mit innerer und äußerer Verbrennung eingesetzt werden kann.The invention is based on the object while avoiding those described above Disadvantages of the scissor-action machine and the three-rotor machine to create a working cylinder of the type mentioned above that is powerful is, has a high degree of efficiency and is advantageous in various apparatus such as pumps, compressors, machines with internal and external combustion can be.

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Diese Aufgabe ist gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Ausbildung des Arbeitszylinders gf.näß den in Anspruch 1 niedergelegten Merkmalen gelöst.This object is achieved according to the present invention by an embodiment of the Working cylinder optionally solved according to the features laid down in claim 1.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist eine Vielzahl von Expansions- und Kompressionskammern in einem einzigen Zylinder vorhanden, in welchem nur Rotationsbewegungen stattfinden, so daß keine axiale Bewegungen und damit keine Kolbenreibkräfte auftreten, die mit der Umsetzung der Axialbewegung eines Kolben in die Drehbewegung einer Kurbelwelle notwendigerweise verbunden sind.The measures according to the invention are a variety of expansion and Compression chambers present in a single cylinder, in which only rotational movements take place, so that no axial movements and thus none Piston frictional forces occur with the implementation of the axial movement of a piston are necessarily connected to the rotary motion of a crankshaft.

Es ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Radialkolben längs ihrer gesamten axialen Länge gehalten sind, wodurch bei hoher Belastbarkeit schmale und leichte Kolben vorgesehen werden können. Dadurch ergibt sich weiterhin der Vorteil eines niedrigen Trägheitsmomentes der beschleunigenden Kolben, was wiederum schnelle Volumenänderung der Expansions- und Kontraktionskammem ermöglicht.There is the further advantage that the radial pistons along their entire axial length are kept, making it narrow and light with high load capacity Pistons can be provided. This still has the advantage of a low moment of inertia of the accelerating piston, which in turn enables rapid volume changes in the expansion and contraction chambers.

Dadurch, daß erfindungsgemäß eine beidseitig geschlossene Trommel vorgesehen ist, in welcher die Kompression und Expansion des Mediums stattfindet, ist ein solcher Arbeitszylinder unabhängig von dem Gehäuse der Apparatur, in welcher er verwendet wird. Durch die rotierende Trommel erhält der Arbeitszylinder eine kompakte Form, so daß der Arbeitszylinder, den in einer Apparatur vorhandenen Raum effizienter ausnutzt. Der Arbeitszylinder kann unabhängig von der Ausbildung des Gehäuses einer Apparatur universell verwendet werden.Due to the fact that according to the invention a drum closed on both sides is provided, in which the compression and expansion of the medium takes place is one Working cylinder independent of the housing of the apparatus in which it is used will. The rotating drum gives the working cylinder a compact shape so that the working cylinder, the space available in an apparatus, is more efficient exploits. The working cylinder can be regardless of the design of the housing Apparatus can be used universally.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird weiter ein Kompressions-Expansions-Zylinder geschaffen, der azimutal in eine Anzahl von getrennten Kammern unterteilt ist, deren Volumen sich als Folge der Bewegung der Kolben und der Trommel verändert.The measures according to the invention also result in a compression-expansion cylinder created which is azimuthally divided into a number of separate chambers, the volume of which changes as a result of the movement of the pistons and the drum.

Es ist von wesentlichem Vorteil, daß in den leistungsfähigen azimutalen Expansions-Kontraktions-Kammern beim Gebrauch des Arbeitszylinders in Vorrichtungen wie Pumpen, Kompressoren und Wärmekraftmaschinen mit innerer und äußerer Verbrennung, die beschleunigenden Kolben die Ein- und Auslaßöffnungen oder die öffnungen für dieIt is of great advantage that in the powerful azimuthal expansion-contraction chambers when using the working cylinder in devices such as pumps, compressors and heat engines with internal and external combustion, the accelerating Pistons, the inlet and outlet openings or the openings for the

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Zündkerzen nicht kreuzen müssen; denn dadurch wird die ©!umlaufschmierung zwischen den Dichtungselementen entlang der inneren Oberfläche der TrommelSpark plugs don't have to cross; because this makes the ©! between the sealing elements along the inner surface of the drum

und der Radialkolben erleichtert, ohne daß Schmieröl in die Ein- oder Auslaßöffnungen eindringen kann.and the radial piston facilitates without lubricating oil being able to penetrate into the inlet or outlet openings.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ein- und Auslaßvorrichtung Schlitze aufweist, die kreisbogenförmig in der Basis des feststehenden Gehäuses angeordnet und in Koinzidenz mit Öffnungen in der angrenzenden Deckfläche der relativ zum Gehäuse drehenden Trommel bringbar sind. Die Ein- und Auslaßöffnungen und der Zündfunkeneinlaß der im Innern vorhandenen Kompressions-Expansions-Kammern werden somit durch die Koinzidenz der azimutalen Schlitze in der Basis des feststehenden Gehäuses mit den Öffnungen in der Deckfläche der Trommel, die in Gleitkontakt mit der genannten Basis des feststehenden Gehäuses des Arbeitszylinders stehen, automatisch geöffnet und geschlossen.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the input and outlet device has slots arranged in an arc of a circle in the base of the fixed housing and in coincidence with openings in the adjacent top surface of the drum rotating relative to the housing can be brought. The inlet and outlet ports and the spark inlet of the inside existing compression-expansion chambers are thus determined by the coincidence of the azimuthal slots in the base of the fixed housing with the openings in the top surface of the drum, which are in sliding contact with said base of the fixed housing of the working cylinder, automatically opened and closed.

insgesamt wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ein Arbeitszylinder geschaffen, der eine von drei Seiten dicht geschlossene zylindrische Trommel aufweist ( die äußere zylindrische Wandfläche und die beiden Deckflächen der Trommel ), in deren Deckflächen im Zentrum kreisförmige Öffnungen vorgesehen sind, in die ein Innenrotor eingepaßt werden kann. Die drehbare Trommel weist im Innern eine Anzahl von an ihr starr befestigten äußeren Radialkolben auf, während der Innenrotor eine gleiche Anzahl von an ihm starr befestigte innere Radialkolben trägt, die zwischen den äußeren Radialkolben angeordnet sind. Zusammen mit dem Innenrotor und der Trommel, die gegenseitig von Lagern getragen werden, können die Sei ten wände der winkelförmigen Expansions- und Kontraktionskammern hohe Drucke aushalten, ohne Gefahr zu laufen, auseinqnderzubersten und ohne Drucklager zu benötigen, die wie beim Stand der Technik eine Explosion der Zylinderwände in Achsrichtung verhindert.overall, a working cylinder is created by the measures according to the invention, which has a cylindrical drum tightly closed on three sides (the outer cylindrical wall surface and the two top surfaces of the drum), in the top surfaces of which circular openings are provided in the center, into which an inner rotor can be fitted. The rotatable drum has a number of inside it rigidly attached outer radial piston, while the inner rotor is the same Number of rigidly attached to it inner radial piston carries, which are arranged between the outer radial piston. Together with the inner rotor and the drum, which are mutually supported by bearings, the side walls can angular expansion and contraction chambers withstand high pressures without running the risk of bursting apart and without the need for thrust bearings as in the prior art, an explosion of the cylinder walls in the axial direction is prevented.

Die äußeren Radialkolben sind im Innern der Trommel an drei Seiten der Trommel be-The outer radial pistons are inside the drum on three sides of the drum.

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festigt, so daß es nur einen Gleitkontakt zwischen der inneren Längskante der äußeren Radial kolben und der zylindrischen Außenwand des Innenrotors gibt.so that there is only a sliding contact between the inner longitudinal edge of the outer radial piston and the cylindrical outer wall of the inner rotor there.

Die Innenrotoren, die ein relativ geringes Trägheitsmoment aufweisen, sind mit dem Innenrotor entlang ihrer gesamten axialen Länge verbunden und gleiten an drei Seiten entlang der Innenwand der Trommel.The inner rotors, which have a relatively low moment of inertia, are with connected to the inner rotor along its entire axial length and slide on three sides along the inner wall of the drum.

Die Trommel wird drehbeweglich von der Außenwand des Gehäuses getragen und ist starr mit der Welle verbunden. Die Expansion und Kontraktion der Kammern wird dadurch erreicht, daß der die inneren Radialkolben tragende Innenrotor von einer Geschwindigkeit Null auf die doppelte Geschwindigkeit der gleichmäßig rotierenden Trommel, die die äußeren Radialkolben trägt, beschleunigt, und zwar jeweils relativ zu dem feststehenden Gehäuse gesehen.The drum is rotatably supported by the outer wall of the housing and is rigidly connected to the shaft. The expansion and contraction of the chambers is achieved by the inner rotor carrying the inner radial pistons from a speed of zero to twice the speed of the steadily rotating drum, which carries the outer radial pistons, accelerated, namely each seen relative to the fixed housing.

Das Ansaugen und Ausstoßen des Mediums wird dadurch erreicht, daß die in der Deckfläche der Trommel vorhandenen Öffnungen in Koinzidenz mit den Schlitzen kommen, die azimutal in der feststehenden Basis des Gehäuses eingeschnitten sind, die mit der Deckfläche der Trommel in ständigem Gleitkontakt steht. Die inneren Radialkolben kreuzen nicht diese Öffnungen. Sie oszillieren lediglich zwischen den äußeren Radialkolben, die innerhalb der konstant rotierenden Trommel befestigt sind. In dem erfindungsgemäßen Arbeitszylinder kann das Schmieröl zwischen Paaren von Dichtungselementen längs den Gleitkanten der Radialkolben zirkulieren, ohne daß Gefahr besteht, daß das Schmieröl in die Einlaß oder Auslaßöffnungen eintritt.The medium is sucked in and ejected by the fact that the in The openings present on the top surface of the drum come into coincidence with the slots cut azimuthally in the fixed base of the housing which is in constant sliding contact with the top surface of the drum. The inner radial pistons do not cross these openings. They oscillate only between the outer radial pistons, which are within the constant rotating Drum are attached. In the working cylinder according to the invention, the lubricating oil between pairs of sealing elements along the sliding edges of the radial pistons circulate without risk of lubricating oil in the inlet or outlet openings entry.

Der erfindungsgemäße Arbeitszylinder kann vorteilhaft Teil einer verbesserten Drei-Rotor-Anordnung sein, welche als leistungsfähige Pumpe oder Kompressor oder Maschine mit externer oder innerer Verbrennung vorteilhaft verwendet werden kann.The working cylinder according to the invention can advantageously be part of an improved three-rotor arrangement which are advantageously used as a powerful pump or compressor or machine with external or internal combustion can.

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Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen nachstehend erläutert. Dabei zeigen:The invention is explained below with reference to exemplary embodiments shown schematically in the drawing. Show:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines bekannten sogenannten Arbeitszylinders mit Scheren-Lauf-Kolben, bei welchem das Gehäuse teilweise aufgeschnitten dargestellt ist,Fig. 1 is a perspective view of a known so-called working cylinder with scissor-barrel piston, in which the housing is shown partially cut open,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Arbeitszylinders, teilweise aufgeschnitten,Fig. 2 is a perspective view of the invention Working cylinder, partially cut open,

Fig. 3 einen Axialschnitt einer Drei-Rotor-Anordnung mit dem erfindungsgemäßen Zylinder in perspektivischer Darstellung, 3 shows an axial section of a three-rotor arrangement with the cylinder according to the invention in a perspective illustration,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4 - 4 in Fig. 3, wobei die Figuren 4a und 4b zwei extreme Positionen der Verknüpfungseinheit für die zwei Teile der Anordnung darstellen,4 shows a section along the line 4-4 in FIG. 3, FIGS. 4a and 4b in two extreme positions represent the linking unit for the two parts of the arrangement,

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Drei-Rotor-Anordnung in Fig. 3,FIG. 5 is a plan view of the three-rotor arrangement in FIG Fig. 3,

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6 - 6 in Fig. 2 bzw. Fig. 3,6 shows a section along the line 6 - 6 in FIG. 2 and FIG. 3,

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie 7 - 7 in Fig. 2 bzw. Fig. 3,7 shows a section along the line 7-7 in FIG. 2 and FIG. 3,

Fig. 8a einen Schnitt längs der Linie 8a - 8a in Fig. 2,8a shows a section along the line 8a-8a in FIG. 2,

Fig. 8b einen Schnitt längs der Linie 8b - 8b in Fig. 2,FIG. 8b shows a section along the line 8b - 8b in FIG. 2,

Fig. 9a einen Schnitt längs der Linie 9a - 9a in Fig. 2,9a shows a section along the line 9a-9a in FIG. 2,

Fig. 9b einen Schnitt längs der Linie 9b - 9b in Fig. 2.FIG. 9b shows a section along the line 9b-9b in FIG. 2.

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Der in Fig. 2 mit 50 bezeichnete Arbeitszylinder umfasst ein Gehäuse 52 und eine zylinderförmige Trommel 60 mit einer zylindrischen Außenwand 62 und zwei stirnseitigen Deckflächen und 63. Der Arbeitszylinder 50 weist im Innern ein Paar von äußeren Radialkolben 54a und 54b auf, die starr an der zylindrischen Außenwand 62 und den Deckflächen 61 und 63 befestigt und mit diesen integraler Bestandteil der Trommel 60 sind. Die äußeren Radialkolben 54a und 54b sind somit auf drei Seiten von den drei Wänden der Trommel 60 getragen. Die Trommel 60 ist drehbar ia einem Lager 64 gelagert, das in Fig. mit 64a und 64b und in Fig. 7 mit 64b bezeichnet ist. Die Trommel 60 ist vorzugsweise starr mit einer zentral angeordneten Welle 58 verbunden. Es ist jedoch auch möglich, daß die Trommel von außen durch ein Zahnradgetriebe angetrieben wird, wobei ein Zahnrad oder eine äquivalente Zahnteilung an der Trommel 60 befestigt sind. Auf die besondere Darstellung eines solchen Zahnradgetriebes ist verzichtet worden.The working cylinder designated 50 in FIG. 2 comprises a housing 52 and a cylindrical drum 60 with a cylindrical outer wall 62 and two end-face top surfaces and 63. The working cylinder 50 has a pair of inside outer radial pistons 54a and 54b, which are rigidly attached to the cylindrical outer wall 62 and the top surfaces 61 and 63 and are an integral part of the drum 60 with them. The outer radial pistons 54a and 54b are thus open supported on three sides of the drum 60 on three sides. The drum 60 is rotatably mounted in a bearing 64, which is shown in FIG. denoted by 64a and 64b and in Fig. 7 by 64b. The drum 60 is preferably rigid with one centrally located Shaft 58 connected. However, it is also possible for the drum to be driven from the outside by means of a gear drive, with a gear or an equivalent tooth pitch are attached to the drum 60. On the special representation of a such a gear transmission has been dispensed with.

Im Innern zwischen den Deckflächen 61 und 63 enthält der Arbeitszylinder 50 einen zur Trommel 60 konzentrischen Innenrotor 65, der starr an ihm befestigte innere Radialkolben 56a und 56b trägt. Der Innenrotor 65 ist drehbar im Gehäuse 52 durch ein Lager 72 gehalten, das in Fig. 2 nicht zu sehen ist, aber in Fig. 3 mit 72a und 72b bezeichnet ist. Die Welle 58 ist koaxial zu deitiArbeitszylinäer50 durch in Fig. 2 nicht sichtbare Lager und 74 gehalten. Diese Lager sind in Fig. 3 mit 73a, 73b, 74a und 74b bezeichnet. Der Innenrotor 65 ist axial unverschieblich gehalten, und zwar durch seine Stirnseite 70 und 71, die an den Innenwänden der Deckflächen 61 bzw. 63 der Trommel 60 gleiten. Die Stirnflächen 70 bzw. 71 können an den Deckflächen bzw. 63 entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung vonInside between the top surfaces 61 and 63 contains the working cylinder 50 an inner rotor 65 concentric to the drum 60, the inner radial piston 56a and 56b rigidly attached to it wearing. The inner rotor 65 is rotatably supported in the housing 52 by a bearing 72 which cannot be seen in FIG Fig. 3 is designated by 72a and 72b. The shaft 58 is coaxial with the working cylinder 50 by means of bearings which are not visible in FIG and 74 held. These bearings are designated in Fig. 3 with 73a, 73b, 74a and 74b. The inner rotor 65 is axially immovable held, namely by its end face 70 and 71, which is on the inner walls of the top surfaces 61 and 63 of the drum 60 slide. The end faces 70 and 71 can either directly or with the interposition of

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dünnen Dichtungsringen aus speziellem Material, welches die Reibungsverhältnisse zwischen dem Metall der Trommel und dem Innenrotor verbessert/ anliegen.thin sealing rings made of special material, which reduce the friction between the metal of the drum and the inner rotor improved / fit.

Die Einlaß- und Austrittsöffnungen 75a, 75b und 76a und 76b sind öffnungen in einer der Deckflächen der Trommel 60. Die öffnungen 75a, 75b, 76a und 76b mit azimutalen Auslaßschlitzen 81a, 81b bzw. 81c, 81d sind in Fig. 6 zu sehen. Einlaßschlitze 80a, 8Od und 80b, 80c sind durch Kanäle 79a bzw. 79b (Fig. 7) miteinander verbunden. Ebenso sind die Auslaßschlitze 81a, 81c und 81b, 81d durch innere Kanäle 79c bzw. 79d (Fig. 7) miteinander verbunden. Schlitzgruppen stehen mit der Oberfläche des Gehäuses 52 durch innere Kanäle in der Bodenfläche 66desjstatio nären Gehäuses 52 in Verbindung.Z.B.stehen die Auslaßschlitze 81a und 81c und der innere Kanal 79c in Verbindung mit der öffnung 78b (Fig. 2) im stationären Gehäuse 52.The inlet and outlet ports 75a, 75b and 76a and 76b are openings in one of the top surfaces of the drum 60. The openings 75a, 75b, 76a and 76b with azimuthal outlet slots 81a, 81b and 81c, 81d can be seen in FIG. Inlet slots 80a, 80d and 80b, 80c are through channels 79a and 79b, respectively (Fig. 7) connected with each other. Likewise, the outlet slots 81a, 81c and 81b, 81d are through internal channels 79c and 79d, respectively (Fig. 7) connected with each other. Groups of slots are connected to the surface of the housing 52 through internal channels in the bottom surface 66desjstationio Housing 52 in connection. E.g. the outlet slots 81a and 81c and the inner channel 79c in connection with the opening 78b (FIG. 2) in the stationary housing 52.

Der Arbeitszylinder50 weist im Innern eine Anzahl von äußeren Radialkolben auf, die mit der Trommel 60 verbunden sind und zwischen einer Anzahl von inneren mit dem Innenrotor 65 verbundenen Radialkolben hineinragen. Ein, zwei oder mehr Radialkolben können an der Trommel 60 und an dem Innenrotor 65 befestigt sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei äußere Radialkolben 54a und 54b an der Trommel 60 vorgesehen und zwei innere Radialkolben 56a und 56b an dem Innenrotor befestigt. Die vier Radialkolben 54a, 54b, 56a und 56b unterteilen den Arbeitszylinderin vier Kammern 90a, 90b, 90c und 9Od. In dem in Fig. 2 dargestellten Betriebszustand des Arbeitszylinders 50 ist angenommen, daß die Trommel 60 sich im Gegenuhrzeigersinn in Richtung des Pfeils 91 mit einer Winkelgeschwindigkeit von Wo dreht und der Innenrotor 65 (mit den Radialkolben 56a, 56b) sich in gleicher Drehrichtung gemäß Pfeil 89 dreht, aber mit der Winkelgeschwindigkeit von 2Wq. Die Kammern 90a und 90c werden daher verkleinert bzw. zusammengedrückt und die Kammern 90bThe working cylinder 50 has inside a number of outer radial pistons which are connected to the drum 60 and protrude between a number of inner radial pistons connected to the inner rotor 65. One, two or more radial pistons may be attached to the drum 60 and to the inner rotor 65. In the present embodiment there are two outer radial pistons 54a and 54b provided on the drum 60 and two inner radial pistons 56a and 56b on the inner rotor attached. Subdivide the four radial pistons 54a, 54b, 56a and 56b the working cylinder in four chambers 90a, 90b, 90c and 90d. In the operating state of the working cylinder shown in FIG 50 it is assumed that the drum 60 is moving counterclockwise in the direction of arrow 91 at an angular velocity of Where rotates and the inner rotor 65 (with the radial pistons 56a, 56b) rotates in the same direction of rotation according to arrow 89, but with the angular velocity of 2Wq. Chambers 90a and 90c are therefore reduced or compressed and the chambers 90b

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und 90d vergrößert bzw. ausgedehnt.and 90d enlarged.

DichtungselementeSealing elements

Druckdichte Trennung zwischen den Kammern wird erreicht durch Dichtungselemente, die auf den Schmalseiten der Radialkolben entlang den gleitenden Oberflächen angeordnet sind. Die bevorzugte Ausbildung für solche Dichtungselemente ist in Fig. 8a, 8b und 9a und 9b gezeigt. Die Figuren 8a und 8b zeigen ein"ü-förmiges Doppelblattdichtungselement 92/93, das drei Seiten der inneren Radialkolben 56a und 56b abdichtet. Die Blätter 92 und 93 haben je einen Schenkel 97, der schmaler ist als der andere Schenkel 98. Jedes Blatt 92 bzw. 93 des Dichtungselements hat also einen schmalen und einen breiten Schenkel. Federn 94, 95 und 96 drücken das Blatt 92 gegen die Deckfläche 61 der Trommel 60 und das Blatt 93 gegen die andere Deckfläche 63 der Trommel 60. Beide Blätter 92 und 93 haben im mittleren Teil die gleiche Breite. Eine Feder 87 kann daher beide Blätter gegen die innere Oberfläche der Außenwand 62 der Trommel 60 drücken. Ein schmaler Spalt ist jeweils zwischen den Enden der Schenkel des. Dichtungselements und dem Grund von in den Innenrotor 65 eingeschnittenen Nuten 99a und 99b vorgesehen, der eine temperaturabhängige Ausdehnung der Dichtungsblätter zuläßt.Pressure-tight separation between the chambers is achieved by sealing elements on the narrow sides of the radial piston the sliding surfaces are arranged. The preferred design for such sealing elements is shown in FIGS. 8a, 8b and 9a and 9b. Figures 8a and 8b show a "U-shaped double sheet sealing element 92/93, the three sides of the inner radial piston 56a and 56b seals. The leaves 92 and 93 each have a leg 97 which is narrower than the other Leg 98. Each leaf 92 or 93 of the sealing element thus has a narrow and a wide leg. Springs 94, 95 and 96 press the sheet 92 against the top surface 61 of the drum 60 and the sheet 93 against the other top surface 63 of the Drum 60. Both sheets 92 and 93 have the same width in the middle part. A spring 87 can therefore have both leaves press against the inner surface of the outer wall 62 of the drum 60. There is a small gap between the ends the leg of the. Sealing element and the bottom of the Inner rotor 65 incised grooves 99a and 99b are provided, which allow a temperature-dependent expansion of the sealing sheets allows.

Die Figuren 9a und 9b zeigen Doppelblattdichtungselemente zum Abdichten der Seiten der äußeren Radialkolben 54a. und 54b gegenüber der zylindrischen Oberfläche des Rotors 65, die ähnlich den in Fig. 8a und 8b gezeigten Dichtungselementen ausgebildet sind. U-förmige Blätter 102 und 103 haben Schenkel ungleicher Breite und sind zusammen in einer solchen Weise angeordnet, daß ein breiter Schenkel neben einem schmalen Schenkel liegt.Figures 9a and 9b show double leaf sealing elements for sealing the sides of the outer radial pistons 54a. and 54b opposite the cylindrical surface of the rotor 65, which is formed similar to the sealing elements shown in FIGS. 8a and 8b are. U-shaped blades 102 and 103 have legs of unequal width and are arranged together in such a way that a wide leg lies next to a narrow leg.

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Federn 104 und 105 drücken das Blatt 102 gegen die Deckfläche der Trommel 60 und das Blatt 103 gegen die Deckfläche 63 der Trommel 60. Eine Feder 107 drückt beide Blätter 102 und 103 gegen die zylindrische Oberfläche des Innenrotors 65. Schmale Zwischenräume 109a und 109b sind an den beiden Enden der Dichtungselemente für die Wärmeausdehnung der Elemente vorgesehen. Springs 104 and 105 press the sheet 102 against the top surface of the drum 60 and the sheet 103 against the top surface 63 of the Drum 60. A spring 107 presses both blades 102 and 103 against the cylindrical surface of the inner rotor 65. Narrow Spaces 109a and 109b are provided at both ends of the sealing members for thermal expansion of the members.

Anwendunguse

Der erfindungsgemäße Arbeitszylinder kann zum Aufbau verschiedener Aggregate verwendet werden, wie Kompressor, Pumpe, Dampfmaschine, geothemische Maschine (Erdwärmemaschine) , Luftmotor, mit hydrostatischem Druck arbeitende Maschine, Verbrennungskraftmaschine und ähnliches.The working cylinder according to the invention can be used to build various Aggregates are used, such as compressor, pump, steam engine, geothemical machine (geothermal machine), air motor, with machine working under hydrostatic pressure, internal combustion engine and similar.

Wenn das durch die Einlaßöffnung in die expandierenden Kammern 90b und 9Od einströmende Medium unter höherem Druck eintritt als der Druck in der Austrittöffnung ist, kann Kraft auf die Oberfläche der Radialkolben ausgeübt werden, die deren Verschiebung in Drehrichtung bewirkt. Wenn die Anordnung unter einem Drehmoment T um einen Drehwinkel dö verdreht wird, ist die von dem Medium auf das System übertragene Arbeit dw = Td9. Diese Arbeit, wie noch später in Verbindung mit Fig. 3 näher erläutert wird, kann an der Trommel 60 bzw. an der Welle 58, die nunmehr als Abtriebswelle wirkt, abgenommen werden, wenn die Trommel 60 direkt mit der Welle 58 verbunden ist. In diesem Fall arbeitet der Arbeitszylinder als Maschine, die den äußeren Druck des einströmenden Mediums in ein an der Abtriebswelle abnehmbares Drehmoment umformt. Wenn das Medium unter Druck stehender Dampf ist, arbeitet der Arbeitszylinder als Dampfmaschine. Wenn das Medium unter Druck stehendes geothermisches Gas ist, arbeitet der Arbeitszylinder als geothermische Maschine. Die in dem Dampf oder in dem geothermischen GasIf that through the inlet opening into the expanding chambers 90b and 9Od inflowing medium enters at a higher pressure than the pressure in the outlet opening, force can be applied to the Surface of the radial pistons are exerted, which causes their displacement in the direction of rotation. If the arrangement is under a torque T is rotated by an angle of rotation dö, the work transferred from the medium to the system is dw = Td9. This work, as will be explained in more detail later in connection with FIG. 3, can be carried out on the drum 60 or on the shaft 58, which now acts as an output shaft, can be removed when the drum 60 is directly connected to the shaft 58. In this In the case, the working cylinder works as a machine that transfers the external pressure of the inflowing medium to the output shaft converts removable torque. When the medium is pressurized steam, the working cylinder works as a steam engine. When the medium is pressurized geothermal gas, the working cylinder works as a geothermal one Machine. Those in the steam or in the geothermal gas

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enthaltene Energie wird durch die Anordnung in Rotationsarbeit umgewandelt. Der Arbeitszylinder kann ebenso als Luftmotor arbeiten, wenn der Druck aus einem Druckspeicher kommt, wobei dessen Energie wiederum in Rotationsarbeit umgesetzt wird.The energy contained is converted into rotational work by the arrangement. The working cylinder can also be used as an air motor work when the pressure comes from a pressure accumulator, the energy in turn being converted into rotational work.

Wenn das Medium eine unter Druck stehende Flüssigkeit ist, wie beispielsweise unter Druck stehendes Wasser, so kann der Arbeitszylinder als ein mit großem Wirkungsgrad arbeitender hydrostatischer Drehleistungserzeuger betrieben werden. Da die Rotation der Trommel 60 exakt der durch den Arbeitszylinder fließenden Flüssigkeitsmenge entspricht, kann dieser als Flüssigkeitsmesser, wie beispielsweise als Wassermesser oder eine Benzinpumpe^gebraucht werden.When the medium is a pressurized liquid, such as pressurized water, the working cylinder be operated as a high-efficiency hydrostatic rotary power generator. Since the Rotation of the drum 60 corresponds exactly to the amount of liquid flowing through the working cylinder, this can be as Liquid meter, such as a water meter or a gasoline pump ^ are used.

Wenn in dem Arbeitszylinder der Druck des einströmenden Mediums auf einen höheren Druck an der Auslaßöffnung gebracht wird, wird er wie ein Kompressor arbeiten. Solche Kompressoren können in Klimaanlagen, Kältemaschinen, Gefrierapparaten,Entfeuchtemund ähnlichen verwendet werden. Kompressoren können ebenso benutzt werden zur Aufrechterhaltung eines hohen Drucks in Druckspeichern zum Antrieb von Automatikmaschinen, zum Reifenaufpumpen an Tankstationen und ähnlichem. Es sei angemerkt, daß bei Betrieb des Zylinders als Kompressor oder Pumpe die erforderliche Arbeit von außen über die nunmehr als Antriebswelle wirkende Welle 58 oder direkt durch ein Getriebe der Trommel 60 zugeführt werden muß. Es sei ferner angemerkt, daß der Arbeitszylinder 50 auch als Vakuumpumpe verwendet werden kann, indem die Einlaßöffnung mit dem Vakuumbehälter verbunden wird.If the pressure of the inflowing medium in the working cylinder is brought to a higher pressure at the outlet opening, will it work like a compressor. Such compressors can be used in air conditioners, chillers, freezers, dehumidifiers similar can be used. Compressors can also be used to maintain high pressure in Pressure accumulators for driving automatic machines, for inflating tires at fuel stations and the like. It should be noted that when the cylinder is operated as a compressor or pump, the required external work is now carried out as a drive shaft acting shaft 58 or directly through a gear of the drum 60 must be fed. It should also be noted that the working cylinder 50 can also be used as a vacuum pump by connecting the inlet port to the vacuum container will.

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Der erfindungsgemäße Arbeitszylinder kann vorteilhaft in· eine Drei-Rotor-Maschine eingesetzt werden, wie sie in der US-PS 3 989 012 beschrieben ist.The working cylinder according to the invention can advantageously be used in a three-rotor machine as described in US Pat. No. 3,989,012.

Beschreibung der Drei-Rotor-Maschine unter Verwendung des erfindungsgemäßen ArbeitszlyindersDescription of the three-rotor machine using the working cylinder according to the invention

Fig. 3 zeigt eine verbesserte Drei-Rotor-Anordnung, in welcher der erfindungsgemäße Arbeitszlyinder eingesetzt ist. Die Drei-Rotor-Anordnung 108 weist zwei Arbeitszylinder 50a und 50b mit einem gemeinsamen stationären Gehäuse 52 auf.Eine Verknüpfungseinheit 110, die ebenso im einzelnen in Fig. 4a und 4b gezeigt ist, dient der geeigneten Kopplung der zwei Arbeitszylinder 50a und 50b. Rotor-Steuermechanismen 112a und 112b, die im einzelnen in Fig. 5 gezeigt sind, dienen der Steuerung der Bewegung der Innenrotoren 65a und 65b in Abhängigkeit von der Winkeldrehung der Welle 58. Beide Trommeln 60a und 60b sind miteinander starr durch Abstandshalter 113 und 114 und durch einen Abdeckzylinder 115 verbunden. Die Abstandshalter 113 und 114 sind starr mit einer Scheibeii6 verbunden, welche ihrerseits starr mit der Welle 58 verbunden ist. Demzufolge drehen sich die beiden Trommeln 60a und 60b/der Abdeckzylinder 115, die Abstandshalter 113 und 114 und die Welle 58 miteinander, vorzugsweise mit im wesentlichen gleichförmiger Geschwindigkeit um die Achse 1-1 der Anordnung.Fig. 3 shows an improved three-rotor arrangement in which the working cylinder according to the invention is used. The three-rotor arrangement 108 has two working cylinders 50a and 50b with a common stationary housing 52. A linking unit 110, which is also shown in detail in Figs. 4a and 4b, serves to suitably couple the two working cylinders 50a and 50b. Rotor control mechanisms 112a and 112b, which are in detail 5 are used to control the movement of the inner rotors 65a and 65b depending on the angular rotation of the shaft 58. Both drums 60a and 60b are rigid to one another by spacers 113 and 114 and by a cover cylinder 115 connected. The spacers 113 and 114 are rigidly connected to a Scheibeii6, which in turn is rigidly connected to the Shaft 58 is connected. As a result, the two drums 60a and 60b / the cover cylinder 115, the spacers, rotate 113 and 114 and the shaft 58 together, preferably with im substantially uniform speed about axis 1-1 of the assembly.

Die Welle 58 ist drehbar über Paare von Radiallagern 73a, 74a bzw. 73b und 74b von den beiden Innenrotoren 65a und 65b getragen. Die Trommeln 60a und 60b, die mit der Welle eine Einheit bilden,werden ebenfalls von den Innenrotoren 65a und 65b mittels Radiallager 64a bzw. 64b getragen. Das gesamte eben beschriebene System, das die Welle 58, die beiden Innenrotoren 65aThe shaft 58 is rotatably supported by the two inner rotors 65a and 65b via pairs of radial bearings 73a, 74a or 73b and 74b. The drums 60a and 60b, which form a unit with the shaft, are also of the inner rotors 65a and 65b by means Radial bearings 64a or 64b carried. The entire system just described, the shaft 58, the two inner rotors 65a

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und 65b, die zwei Trommeln 60a und 6Ob₇ den Abdeckzylinder 115 und die Abstandshalter 113, 114 umfasst, ist drehbar in dem stationären Gehäuse 52 durch zwei Lager 72a und 72b drehbar gehalten. and 65b, which comprises two drums 60a and 60b, ₇ the cover cylinder 115 and the spacers 113, 114, is rotatably supported in the stationary housing 52 through two bearings 72a and 72b.

Die Wirkungsweise der Verknüpfungseinheit 110 ist bereits in der angeführten US-PS 3 989 012 beschrieben. Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, daß die Verknüpfungseinheit 110 als eine die Innenrotoren 65a und 65b miteinander verbindende Differential einheit wirkt.The mode of operation of the linking unit 110 has already been described in the cited US Pat. No. 3,989,012. The completeness For the sake of sake, it should be noted that the linkage unit 110 as a differential unit connecting the inner rotors 65a and 65b to one another works.

Abwechselnd ist der Innenrotor 65a am Drehen gehindert, während der Innenrotor 65b frei drehen kann; dann ist der Innenrotor 65b am Drehen gehindert, während der Innenrotor 65a in den Zeitintervallen frei dreht, die die konstant drehende Trommel braucht, um annähernd 90° zu drehen.Alternately, the inner rotor 65a is prevented from rotating while the inner rotor 65b can rotate freely; then the inner rotor is 65b prevented from rotating while the inner rotor 65a rotates freely in the time intervals that the drum rotating constantly needs to turn approximately 90 °.

Es wird angenommen, daß die Drei-Rotor-Anordnung 108 als Dampfmaschine arbeitet in dem speziellen Intervall, in welchem der Rotor 65a frei drehen kann, während der Innenrotor 65b festgesetzt ist. In der Trommel 60a wird jeder innere Radialkolben ein Drehmoment F erhalten, so daß am Innenrotor 65a insgesamt ein Drehmoment von 2F auftritt. Da der Rotor 65b festgehalten ist, wird diö Abtriebswelle tatsächlich ein Drehmoment von 4F in positive Drehrichtung sehen. Gleichzeitig wird jeder äußere Radialkolben ein Drehmoment von -F erfahren, da er dem von dem Dampf ausgeübten Druck folgt. Ein Gesamtdrehmoment von -2F wird daher auf die beiden äußeren Radialkolben wirken. Da die äußeren Radialkolben direkt mit der Welle 58 verbunden sind, wird das Drehmoment von -2F der äußeren Radialkolben gleichermaßen an der Abtriebswelle 58 anstehen. Demzufolge wird das totale Ausgangsdrehmoment an der Trommel 60a daher 4F - 2F = + 2F sein. Der Arbeitszylinder 50b wird also ein Drehmoment 2F aufweisen, F auf jedem äußeren Radialkolben, die in diesemIt is assumed that the three-rotor arrangement 108 as a steam engine operates in the specific interval in which the rotor 65a can rotate freely while the inner rotor 65b is stuck is. In the drum 60a, each inner radial piston is given a torque F, so that a total torque at the inner rotor 65a of 2F occurs. Since the rotor 65b is fixed, the output shaft will actually have a torque of 4F in positive See direction of rotation. At the same time, each outer radial piston will experience a torque of -F, since it corresponds to that of the Steam applied pressure follows. A total torque of -2F will therefore act on the two outer radial pistons. Since the outer radial pistons are connected directly to shaft 58, the torque of -2F is the outer radial piston equally pending on the output shaft 58. Accordingly, the total output torque on the drum 60a therefore becomes 4F - 2F = + 2F. The working cylinder 50b will therefore have a torque 2F, F on each outer radial piston, which is in this

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Fall dem unter Druck gesetzten Dampf vorauseilen. Die inneren Radialkolben des Rotors 65b werden kein Drehmoment während diesem Intervall aufweisen, da sie festgehalten sind. Während dem nächsten Intervall wechselt die Arbeitsweise der Arbeitszylinder 50a und 50b, indem der Rotor 65a festgehalten wird. Ungeachtet des jeweils betrachteten Zeitintervalls wird jeder Arbeitszylinder ein Drehmoment von 2F an die Abtriebswelle 58 abgeben. Demzufolge wird die Abtriebswelle 58 ein Gesamtdrehmoment von 4F von den beiden Trommeln erhalten. Im allgemeinen ist das Ausgangsdrehmoment gleich dem an der Oberfläche eines Radialkolbens angreifenden Drehmoment multipliziert mit der Hälfte der Gesamtzahl der Radialkolben.Fall ahead of the pressurized steam. The inner radial pistons of the rotor 65b will not have any torque during this interval because they are recorded. During the next interval, the working cylinder changes 50a and 50b by holding the rotor 65a. Regardless of the particular time interval considered, everyone will Working cylinder deliver a torque of 2F to the output shaft 58. As a result, the output shaft 58 becomes a total torque received from 4F from the two drums. In general, the output torque is the same as that on the surface torque applied by a radial piston multiplied by half the total number of radial pistons.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, enden die Innenrotoren 65a und 65b zur Mitte der Anordnung 108 hin in Platten 120a bzw. 120b. Die Arbeitsweise der Verknüpfungseinheit 110 läßt sich am besten aus Fig. 4a und 4b ersehen. Die Platten 120a und 120b sind über Verbindungsbügel 122a und 122b mit einem Mitnehmer 121 verbunden, der um eine Welle 123 drehbar ist. Die Welle 123 kann eine der beiden Abstandshalter sein, beispielsweise der Abstandshalter 114, der starr von den beiden Trommeln 60a und 60b getragen wird. Wenn der Innenrotor 65a mit der Platte 120a sich entgegen Uhrzeigersinn dreht, zieht der Bügel 120a an dem Mitnehmer 121 und zwingt diesen ebenfalls sich entgegen Uhrzeigersinn um einen im wesentlichen gleichen Winkel zu drehen. Gleichzeitig verschiebt der Verbindungsbügel 122b die Platte 120b im Uhrzeigersinn. Die Drehung des Mitnehmers 121 in eine bestimmte Richtung zwingt die Innenrotoren 65a und 65b sich in entgegengesetzte Richtungen zu drehen. Wenn also einer der Innenrotoren festgehalten ist, verursacht die Bewegung des anderen Innenrotors eine Bewegung der Anordnung von Trommeln und Welle in die gleiche Richtung, in die sich der freie Innenrotor dreht. Nachdem die Innenrotoren ihre in Fig. 4a gezeigte äußere PositionAs shown in Figure 3, the inner rotors 65a and 65b terminate toward the center of the assembly 108 in plates 120a and 120b, respectively. the The operation of the logic unit 110 can best be seen in FIGS. 4a and 4b. The plates 120a and 120b are Connected via connecting brackets 122a and 122b to a driver 121 which is rotatable about a shaft 123. The shaft 123 can be one of the two spacers, such as spacer 114 rigidly supported by the two drums 60a and 60b will. When the inner rotor 65a with the plate 120a rotates counterclockwise, the bracket 120a pulls on it Driver 121 and also forces this to rotate counterclockwise by an essentially equal angle. At the same time, the connecting bracket 122b displaces the plate 120b in a clockwise direction. The rotation of the driver 121 in a certain Direction forces the inner rotors 65a and 65b to rotate in opposite directions. So if one of the inner rotors is held, the movement of the other inner rotor causes the assembly of drums and shaft to move into the same direction in which the free inner rotor rotates. After the inner rotors their outer position shown in Fig. 4a

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erreicht haben, indem der Mitnehmer 121 in Richtung des Pfeiles 124b dreht, wird der bisner festgehaltene Innenrotor freigegeben und der freie Rotor wird nun blockiert. Der Mitnehmer 121 dreht nunmehr seine Bewegungsrichtung um und dreht in Richtung des in Fig. 4b gezeigten Pfeils 124a. Die Endstellung der Platten 1 20a und 120b und des Mitnehmers nach dessen Drehung um 90° ist in Fig. 4b gezeigt. Es sei angemerkt, daß während jeder Verschiebung sich nur eine Platte bewegt, die Relativstellungen der Platten 120a und 120b, die in Fig. 4a und 4b gezeigt sind, wegen der tatsächlichen Drehung der Trommeln60a und 60b, die den Mitnehmer 121 tragen, entgegen Uhrzeigersinn erreicht werden.achieved by the driver 121 rotating in the direction of arrow 124b, the inner rotor is held firmly released and the free rotor is now blocked. The driver 121 now reverses its direction of movement and rotates in the direction of arrow 124a shown in FIG. 4b. The end position of the plates 1 20a and 120b and the driver after its rotation by 90 ° is shown in Fig. 4b. It should be noted that only one Plate moved, the relative positions of the plates 120a and 120b shown in FIGS. 4a and 4b because of the actual Rotation of the drums 60a and 60b carrying the driver 121, counterclockwise.

Rotorbewegung-Steuerung smec han i smu sRotor movement control smec han i smu s

Die Vorrichtung, die benötigt wird um einen der inneren Rotoren zu fixieren, während der andere Rotor sich dreht, kann ein sehr komplizierter Mechanismus sein. Die nötige Erfahrung in der Konstruktion eines solchen' Mechanismus kann viel zu dem Gesamtnutzeffekt der Anordnung beitragen.The device that is needed to fix one of the inner rotors while the other rotor is turning can be a very complicated mechanism. The experience required in the construction of such a 'mechanism can be great contribute to the overall efficiency of the arrangement.

Fig. 5 zeigt eine einfache grundsätzliche Vorrichtung zum Stoppen eines Innenrotors, während es dem anderen möglich ist, sich vorwärts zu drehen. Der Innenrotor 65a weist Anschläge 128a, 128b, 129a und 129b auf. Ein Paar von Anschlägen 129a und 129b wirkt mit Vorwärts-Sperrklinken 131a und 131b zusammen, um den Innenrotor 65a am Drehenim Gegenuhrzeigersinn zu hindern, während der Zeit,die die Welle 58 braucht, um um 90° zu drehen. Es ist angenommen, daß die Drehung entgegen Uhrzeigersinn die positive Drehrichtung ist. Wenn angenommen wird, daßwährend diesem Intervall, in welchem der Innenrotor 65a fixiert ist, Dampf in die beiden Kammern der Trommel 60a einströmt, so wird der DruckFig. 5 shows a simple basic device for stopping one inner rotor while it is possible for the other to to turn forward. The inner rotor 65a has stops 128a, 128b, 129a and 129b. A pair of stops 129a and 129b cooperates with forward pawls 131a and 131b to prevent the inner rotor 65a from rotating counterclockwise, during the time it takes the shaft 58 to rotate 90 °. It is assumed that the counterclockwise rotation is the positive direction of rotation. Assuming that during this At the interval at which the inner rotor 65a is fixed, steam flows into the two chambers of the drum 60a, the pressure becomes

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des Dampfes die inneren Radialkolben veranlassen, ihre Bewegung umzukehren und sich in negative Richtung zu drehen. Die Anschläge 128a und 128b des Innenrotors 65a werden dann mit dem Paar der Rückwärts-Sperrklinken 132a und 132b zusammenwirken und den Rotor 65a am Drehen in negativer Richtung hindern. Ein Nocken 130,der starr an der Welle 58 befestigt ist und mit dieser dreht, ist in Fig. 5 für den Augenblick gezeichnet, wenn er auf Rollen 135a und 135b aufläuft, die um Drehachsen 134a und 134b drehbar auf den Sperrklinken 131a und 131b angeordnet sind und die Sperrklinken radial nach außen verschieben und dabei den Innenrotor 65a außer Eingriff mit den Vorwärts-Sperrklinken 131a und 131b bringen. Der Innenrotor 65a wird dann um 180° drehen bevor er wieder in Eingriff mit den Sperrklinken 131a und 131b kommt, während die Welle 58 um 90° gedreht wird. Während der nächsten 90° Drehung der Welle 58 wird der Innenrotor 65a in Eingriff bleiben. Er wird wieder außer Eingriff kommen am Ende einer weiteren 90° Drehung der Welle 58. Der Innenrotor 65a verbleibt also in Eingriff mit den Sperrklinken 131a und 131b während jeder zweiten 90° Drehung der Welle 58. Ein gleicher Mechanismus,der an dem Innenrotor 65b angreift, hält diesen in Eingriff und somit fixiert während der 90 Intervalle, in welchen der Rotor 65a frei dreht und umgekehrt.of the steam will cause the inner radial pistons to reverse their motion and rotate in the negative direction. The stops 128a and 128b of the inner rotor 65a will then cooperate with the pair of reverse pawls 132a and 132b and prevent the rotor 65a from rotating in the negative direction. A cam 130 which is rigidly attached to the shaft 58 and with this rotates, is drawn in Fig. 5 for the moment when it runs on rollers 135a and 135b, which about axes of rotation 134a and 134b rotatably mounted on the pawls 131a and 131b and move the pawls radially outwardly disengaging the inner rotor 65a from the forward pawls 131a and 131b bring. The inner rotor 65a becomes then rotate 180 ° before it comes back into engagement with the pawls 131a and 131b, while the shaft 58 rotated 90 ° will. During the next 90 ° rotation of the shaft 58, the inner rotor 65a will remain in engagement. He is disengaged again come at the end of a further 90 ° rotation of the shaft 58. The inner rotor 65a thus remains in engagement with the pawls 131a and 131b during every other 90 ° rotation of the shaft 58. A similar mechanism, which acts on the inner rotor 65b, holds it engaged and thus fixed during the 90 intervals in which the rotor 65a rotates freely and vice versa.

Dem System wird eine gewisse Federung dadurch verliehen, daß die Klinken auf einem Kreisring 140 angeordnet sind, der durch über den Umfang verteilte Blattfedern 133a, 133b, 133c und 133d an einem Ringwulst 141 aufgehängt ist, der starr mit dem Gehäuse 52 verbunden ist. Die Vorwärts-Sperrklinken 131a und 131b sind mittels Drehachsen 137a und 137b und die Rückwärts-Sperrklinken 132a und 132b mittels Drehachsen 138a und 138b auf dem Kreisring 140 drehbeweglich gelagert.The system is given a certain resilience by the fact that the pawls are arranged on a circular ring 140, which by Leaf springs 133a, 133b, 133c and 133d distributed over the circumference are suspended from an annular bead 141 which is rigidly connected to the housing 52 is connected. The forward pawls 131a and 131b are by means of pivot axes 137a and 137b and the reverse pawls 132a and 132b rotatably mounted on the circular ring 140 by means of axes of rotation 138a and 138b.

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Es sei angemerkt, daß, obwohl die Rotation der Welle 58 das Kriterium für das in Eingriff und außer Eingriff mit den Sperrklinken geraten ( Ein- bzw. Ausrücken ) des Innenrotors am Ende eines jeden 90 -Intervalls ist, die exakte Zeit der Freigabe oder des Sperrens des Innenrotors in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit oder des Innendrucks zu einem ruhigen Ein- und Ausrücken hin vorverlegt werden kann.It should be noted that although the rotation of shaft 58 is the criterion for engaging and disengaging the inner rotor at the end of each 90 interval, the exact time of release or disengagement Locking the inner rotor depending on the speed or the internal pressure can be brought forward to a smooth engagement and disengagement.

Während eines gewöhnlichen Arbeitsganges, z.B., wird der sich vorwärts drehende Rotor, wie beispielsweise der Rotor 65a, nicht durch die Vorwärtssperrklinken 131a und 131b gestoppt werden. Da die Trommel, wie beispielsweise die Trommel 60a, mit einer Geschwindigkeit von W_fl dreht und ein sich vorwärts bewegender Innenrotor, wie beispielsweise der Innenrotor 65a, mit einer Geschwindigkeit 2W- rotiert, nahem sich die inneren Radiaikoiben den äußeren Kolben mit einer relativen Geschwindigkeit von W_n Wenn die kreisförmigen Schlitze wie beispielsweise die Schlitze 81a und 81b, welche die Verbindung zwischen den kontraktierenden Kammern und dem äußeren Auslaß bilden, jenseits eines bestimmten Winkels enden, während die zwei Radialkolben sich einander nähern, wird der in den verschlossenen Kammern verbleibende Restdampf zusammengepreßt und wird als ein Puffer wirken, an dem die Geschwindigkeit des inneren Radialkolbens im Hinblick auf den äußeren Radialkolben reflektiert wird. Die +W- Geschwindigkeit des inneren Radialkolben bezüglich des äußeren Radialkolbens wird reflektiert als -Wq Geschwindigkeit bezüglich des äußeren Radialkolbens und da letzterer mit einer im wesentlichen gleichförmigen Geschwindigkeit W_n bezüglich des Gehäuses rotiert, wird die reflektierte Geschwindigkeit des Innenrotors bezüglich des Gehäuses Null sein. In diesem Augenblick wird das gesamte Drehmoment des Innenrotors 65a auf die mit der Last verbundene Welle 58 Übertragen worden sein. Es wird angenommen, daß die Stellung des Innenrotors 65a zu diesem Zeitpunkt gerade so ist, daß die Anschläge 128a und 128b die Spitzen der Ruckwärtssperrklinken 132a und 132b gerade passiert haben. Nächstfolgend wird somit mit dem Einströmen von neuem Dampf, da die Öffnungen der expandierenden Kammern jetzt die Einlaßschlitze 80a und 80b erreichen, der Rotor 65a seine Geschwindigkeit umdrehen und sich für ein kurzes Intervall im Uhrzeigersinn drehen, bis er durch die Ruckwärtssperrklinken 132a und 132b gestoppt wird, da diese mit den Anschlägen 128a und 128b des Innenrotors in Eingriff gelangen. Es sei angemerkt, daß das in Eingriffkommen der Anschläge 128a, 128b und der Sperrklinken 132a, 132b weaen der relativ, aiadriaen Geschwindigkeit zwischenDuring an ordinary operation, for example, the forward rotating rotor such as the rotor 65a will not be stopped by the forward pawls 131a and 131b. Since the drum such as drum 60a _{rotates at a speed of W fl} and an advancing inner rotor such as inner rotor 65a rotates at a speed of 2W-, the inner radial disks approach the outer piston at a relative speed of W _n If the circular slots, such as slots 81a and 81b, which form the connection between the contracting chambers and the outer outlet, end beyond a certain angle while the two radial pistons are approaching each other, the residual steam remaining in the closed chambers is compressed and will act as a buffer on which the speed of the inner radial piston is reflected with respect to the outer radial piston. The + W- speed of the inner radial piston with respect to the outer radial piston is reflected as -Wq speed with respect to the outer radial piston and since the latter _{rotates at a substantially uniform speed W n} with respect to the housing, the reflected speed of the inner rotor with respect to the housing will be zero. At this moment all of the torque of the inner rotor 65a will have been transmitted to the shaft 58 connected to the load. It is assumed that the position of the inner rotor 65a at this point in time is just such that the stops 128a and 128b have just passed the tips of the reverse pawls 132a and 132b. Next, as new steam flows in, as the openings of the expanding chambers now reach inlet slots 80a and 80b, rotor 65a will reverse its speed and rotate clockwise for a short interval until it is stopped by reverse pawls 132a and 132b because they come into engagement with the stops 128a and 128b of the inner rotor. It should be noted that the engagement of the stops 128a, 128b and the pawls 132a, 132b weaen the relative, aiadric speed between

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dem Innenrotor ό5α und dem äußeren Gehäuse sehr sanft sein kann. Weiterhin kann der die Sperrklinken tragende Kreisring 140 eine Federwirkung ausüben, da er mittels der Blattfedern 133a, 133b, 133c und 133d aufgehängt ist. Die von dem Dampf herrührende Kraft wird etwas Energie als potentielle Energie in den Blattfedern speichern. All diese Energie wird im wesentlichen in das System zurUckkehren, während der Dampfdruck infolge der Expansion der Kammern absinken wird. Diese Energie kann ausgenutzt werden, um eine Anfangsbewegung des Innenrotors während seines nächstenthe inner rotor ό5α and the outer housing can be very gentle. Furthermore can the circular ring 140 carrying the pawls exert a spring action, since it is by means of the leaf springs 133a, 133b, 133c and 133d is suspended. The force from the steam will store some energy as potential energy in the leaf springs. All of this energy will essentially be returned to the system while the vapor pressure will decrease as a result of the expansion of the chambers. This energy can be used be to an initial movement of the inner rotor during its next

Arbeitsganges zu bewirken. Der größte Teil der Beschleunigungsenergie fUr die inneren Radialkolben wird durch das Drehmoment der Trommel zur Verfügung gestellt. Wegen der Verknüpfungseinheit 110 ist die Lage der kontraktierenden Kammern in der Trommel 60a in jedem Augenblick im wesentlichen die gleiche wie die Lage der kontraktierenden Kammer in der Trommel 60b. Demzufolge wird, da die Geschwindigkeit eines rotierendenTo effect the operation. Most of the acceleration energy for the inner Radial piston is made available by the torque of the drum. Because of the linking unit 110 is the location of the contracting chambers in the drum 60a essentially the same as the position of the contracting party at any moment Chamber in the drum 60b. As a result, since the speed of a rotating

Innenrotors von +W_Q auf -W- reflektiert wird, bezüglich der rotierenden Trommel,gleichzeitig die Geschwindigkeit -W-. des feststehenden l/inenrotors bezüglichInner rotor is reflected from + W _Q to -W-, with respect to the rotating drum, at the same time the speed -W-. of the fixed inner rotor with respect to seiner Trommel gleichermaßen reflektiert um +W« zu werden, was +2W_n bezüglich des feststehenden Gehäuses entspricht. Dies bedeutet, daß der seine Geschwindigkeit verringernde Rotor um einen im wesentlichen gleichen Betrag verzögert wie der andere Rotor beschleunigt wird. Während der seine Geschwindigkeit verringernde Rotor sein Drehmoment an die rotierende Trommel abgibt, nimmt der in seiner Geschwindigkeit zunehmende Rotor ein im wesentlichen gleichgroßes Drehmoment von der rotierenden Trommel auf. Drehmomente werden daher zwischen den Rotoren 65a und 65b ausgetauscht, während das Drehmoment der Einheit aus Trommel und Welle im wesentlichen gleichförmig bleibt. Der Dampf wird somit ein Drehmoment an die Abtriebswelle 58 über die äußeren Radialkolben und über die Verknüpfungseinheit abgeben.its drum is equally reflected to become + W «, which corresponds to + 2W _n with respect to the fixed housing. This means that the rotor, which is reducing its speed, is decelerated by essentially the same amount as the other rotor is accelerated. While the rotor, which is reducing its speed, is delivering its torque to the rotating drum, the increasing speed of the rotor absorbs an essentially equal torque from the rotating drum. Torques are therefore exchanged between the rotors 65a and 65b, while the torque of the drum and shaft assembly remains substantially uniform. The steam will thus deliver a torque to the output shaft 58 via the outer radial pistons and via the linking unit.

Es sein angemerkt, daß anstelle der Sperrklinken und Sperranschläge andere äquivalente Mechanismen, wie beispielsweise Überholkupplungen, Magnetkupplungen und ähnliches zwischen jedem Innenrotor und dem feststehenden Gehäuse verwendet werden kann, um die Bewegung der Innenrotoren zu steuern.It should be noted that instead of the pawls and ratchet stops, other equivalent ones Mechanisms such as overrunning clutches, magnetic clutches and the like between each inner rotor and the fixed housing can be used to control the movement of the inner rotors.

In dem Fall, in dem die Drei-Rotor-Anordnung als Kompressor verwendet wird, muß dieIn the case where the three-rotor arrangement is used as a compressor, the

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Welle 58 durch ein äußeres Drehmoment angetrieben werden, während die Sperrklinken zum Steuern der Bewegung der Innenrotoren dienen.Shaft 58 driven by an external torque while the pawls serve to control the movement of the inner rotors.

Die Zeichnung und die vorstehende Beschreibung erläutern nur das Prinzip der Erfindung und wie dieses Prinzip in verschiedenen Anwendungsgebieten verkörpert werden kann. Es versteht sich von selbst, daß das nur schemarische Aufzeigen keinen Überblick über alle möglichen Konstruktionen geben kann und daß eine Abweichung von den schematisch erläuterten Konstruktion smerkmalen notwendigerweise keine Abweichung von dem Prinzip der Ei findung sein muß. Es versteht sich daher von selbst, daß die Erfindung vielfältig modifiziert und variiert werden kann, ohne daß der Geist und der Sinn der Erfindung verlassen wird.The drawing and the above description only explain the principle of the invention and how this principle can be embodied in different areas of application. It goes without saying that the only schematic showing does not provide an overview can give all possible constructions and that a deviation from the schematic The construction features described do not necessarily deviate from the principle of the egg must be finding. It goes without saying, therefore, that the invention can be modified in many ways and can be varied without departing from the spirit and purpose of the invention will.

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L e e rs e i \ L ee rs ei \

Claims (14)

P.i'isnjjn.väilaP.i'isnjjn.väila D-7300 FssöngenD-7300 Fssöngen Dipl.-Ing. Hartmut KehlDipl.-Ing. Hartmut Kehl KehlThroat Mülbergerstr. 65Mülbergerstrasse 65 Dipl.-Ing. Volkhard KratzschDipl.-Ing. Volkhard Kratzsch KraizschKraizsch Telefon Stuttgart 0711 - 3599 92Telephone Stuttgart 0711 - 3599 92 Deutsche Bank Esslingen 210906Deutsche Bank Esslingen 210906 cable «kehlpatent» esslingenneckarcable «kehlpatent» esslingenneckar Postscheckamt Stuttgart 10004-701Post office Stuttgart 10004-701 Chase Manhattan Bank New YorkChase Manhattan Bank New York George J. Doundoulakis 1. August 1977George J. Doundoulakis August 1st, 1977 North Bellmore, N. Y., USA Anwaltsakte 2310North Bellmore, N.Y., U.S. Attorney File 2310 PatentansprücheClaims Arbeitszylinder mit winkelförmigen expandierenden und kontraktierenden Kammern, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:Working cylinders with angular expanding and contracting chambers, characterized by the following features: a) Es sind ein ein feststehendes Bezugssystem darstellendes Gehäuse ( 52 ) und eine zylindrische Trommel ( 60; 60a, 60b ) vorgesehen,a) There is a housing (52) and representing a fixed reference system a cylindrical drum (60; 60a, 60b) is provided, b) es sind innerhalb der Trommel N äußere Radialkolben ( 54a, 54b ) vorgesehen, die jeweils eine azimutale Begrenzung von zwei benachbarten winkelförmigen Kammern ( 90a bis 9Od ) im Innern der Trommel bilden,b) within the drum N outer radial pistons (54a, 54b) are provided, each of which is an azimuthal delimitation of two adjacent ones form angular chambers (90a to 9Od) inside the drum, c) es ist innerhalb der Trommel ein Innenrotor ( 65; 65a, 65b ) mit einer zylindrischen Außenwand vorgesehen,c) there is an inner rotor (65; 65a, 65b) with a cylindrical outer wall provided, d) mit dem Innenrotor sind N innere Radialkolben ( 56a, 56b ) starr verbunden, die jeweil zwischen den N äußeren Radialkolben liegen und jeweils eine azimutale Begrenzung von zwei benachbarten winkelförmigen Kammern bilden, so daß der Raum innerhalb der Trommel in 2N winkelförmige Kammern unterteilt ist, von denen bei Drehung von Innenrotor und äußeren Radialkolben relativ zueinander N Kammern expandieren und N Kammern kontraktieren,d) N inner radial pistons (56a, 56b) are rigidly connected to the inner rotor, each lying between the N outer radial pistons and each having an azimuthal delimitation of two adjacent angular ones Form chambers so that the space inside the drum is divided into 2N angular chambers, of which the inner rotor rotates and outer radial pistons expand N chambers and contract N chambers relative to one another, e) es ist eine Ein- und Auslaßvorrichtung zum Einströmen eines Mediums in eine expandierende und zum Ausstoßen des Mediums aus einer kontraktierenden Kammer vorgesehen,e) it is an inlet and outlet device for the inflow of a medium into an expanding chamber and provided for expelling the medium from a contracting chamber, 8U9809/07378U9809 / 0737 f) es ist eine Vorrichtung zur Steuerung der Relativbewegung zwischen Innenrotor und äußeren Radialkolben vorgesehen undf) it is a device for controlling the relative movement between Inner rotor and outer radial piston provided and g) es sind Mittel zur Drehlagerung von Innenrotor und äußeren Radialkolben im Gehäuse vorgesehen.g) there are means for the rotary bearing of the inner rotor and outer radial piston provided in the housing. 2. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel ( 60; 60a, 60b ) eine zylindrische Außenwand ( 62 ) und zwei stirnseitige Deckflächen (61, 63 ) aufweist.2. Cylinder according to claim 1, characterized in that the drum (60; 60a, 60b) a cylindrical outer wall (62) and two end faces Has top surfaces (61, 63). 3. Zylinder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Radialkolben ( 54a, 54b ) starr mit der Trommel ( 60; 60a, 60b ) verbunden sind und die Trommel drehbar im Gehäuse gelagert ist und daß zur Steuerung der Relativbewegung zwischen Innenrotor und äußeren Radialkolben eine Steuerung der Relativbewegung zwischen Innenrotor und Trommel erfolgt.3. Cylinder according to claim 1 or 2, characterized in that the outer radial piston (54a, 54b) rigidly connected to the drum (60; 60a, 60b) are and the drum is rotatably mounted in the housing and that for controlling the relative movement between the inner rotor and the outer radial piston the relative movement between the inner rotor and the drum is controlled. 4. Zylinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel4. Cylinder according to claim 3, characterized in that the drum ( 60; 60a, 60b ) mit den äußeren Radialkolben ( 54a, 54b ) mit im wesentlichen gleichförmiger Geschwindigkeit bezüglich des Gehäuses ( 52 ) umläuft und daß die Geschwindigkeit des Innenrotors ( 65; 65a, 65b ) relativ zu dem Gehäuse von etwa Null bis 2WL zu- und abnimmt.(60; 60a, 60b) with the outer radial pistons (54a, 54b) with essentially rotating at a uniform speed with respect to the housing (52) and that the speed of the inner rotor (65; 65a, 65b) relative to the housing increases and decreases from about zero to 2WL. 5. Zylinder nach Anspruch I₇ 2 und 3 oder 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antriebs-/Abtriebswelle( 58 ) koaxial zur Trommel ( 60; 60a, 60b ) angeordnet und mit dieser starr verbunden Ist.5. Cylinder according to claim I ₇ 2 and 3 or 1, 2, 3 and 4, characterized in that a drive / output shaft (58) is arranged coaxially to the drum (60; 60a, 60b) and is rigidly connected to it. 6. Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zur Trommel ( 60; 60a, 60b ) eine Welle ( 58 ) derart angeordnet ist, daß die Trommel einen zylindrischen,azimutal die Welle umgebenden Raum einschließt, daß der Innenrotor ( 65; 65a, 65b ) über die Welle geschoben ist, daß die N äußeren Radialkolben ( 54a, 54b ) starr mit der Welle gekoppelt sind und die Welle drehbar im Gehäuse ( 52 ) gelagert ist und daß zur Steuerung der Relativbewegung zwischen Innenrotor und äußeren Radialkolben eine Steuerung der Relativbewegung von Welle und Innenrotor erfolgt.6. Cylinder according to claim 1, characterized in that coaxial to Drum (60; 60a, 60b) a shaft (58) is arranged such that the Drum encloses a cylindrical space azimuthally surrounding the shaft, that the inner rotor (65; 65a, 65b) is pushed over the shaft that the N outer radial pistons (54a, 54b) are rigidly coupled to the shaft and the shaft is rotatably mounted in the housing (52) and that for controlling the Relative movement between the inner rotor and the outer radial piston is a control the relative movement of the shaft and inner rotor takes place. 8U9809/07378U9809 / 0737 7. Zylinder nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle ( 58 ) mit im wesentlichen gleichförmiger Geschwindigkeit W_ relativ zum Gehäuse ( 52 ) umläuft und daß die Geschwindigkeit des Innenrotors ( 65; 65a, 65b ) bezüglich des Gehäuses von etwa Null bis 2W_fl zu- und abnimmt.7. Cylinder according to claim 6, characterized in that the shaft (58) rotates at a substantially uniform speed W_ relative to the housing (52) and that the speed of the inner rotor (65; 65a, 65b) with respect to the housing of approximately zero to 2W _fl increases and decreases. 8. Z/linder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel ( 00; 60a, 60b ) eine zylindrische Außenwand ( 62 ) und zwei stirnseitige Deckflächen (61, 63 ) aufweist und daß mindestens eine Deckfläche starr mit der Welle ( 58 ) verbunden ist, so daß auch die Trommel mit einer im wesentlichen gleichförmigen Geschwindigkeit W_n umläuft.8. Z / linder according to claim 7, characterized in that the drum (00; 60a, 60b) has a cylindrical outer wall (62) and two end-face cover surfaces (61, 63) and that at least one cover surface is rigidly connected to the shaft (58) is connected so that the drum also rotates at a substantially uniform speed W _n . 9. Zylinder nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dad die N äußeren Radialkolben ( 54a, 54b ) starr an der Trommel ( 60; 60a, 60b ) befestigt sind.9. cylinder according to claim 8, characterized in that the dad N outer radial piston (54a, 54b) rigidly secured to the drum; are attached (60 60a, 60b). 10. Zylinder nach einem der Ansprüche 2 - 5, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Auslaßvorrichtung Schlitze ( 80a bis 8Od, 81a bis 81d ) aufweist, die kreisbogenförmig in der Basis ( 66 ) des feststehenden Gehäuses10. Cylinder according to one of claims 2-5, 8 or 9, characterized in that the inlet and outlet device slots (80a to 8Od, 81a to 81d) has, the circular arc in the base (66) of the fixed housing ( 52 ) angeordnet und in Koinzidenz mit den Öffnungen ( 75a, 75b, 76a, 76b ) in der angrenzenden Deckfläche ( 63 ) der relativ zu dem Gehäuse drehenden Trommel ( 60; 60a, 60b ) bringbar sind.(52) and can be brought into coincidence with the openings ( 75a, 75b, 76a, 76b) in the adjoining top surface (63) of the drum (60; 60a, 60b) rotating relative to the housing. 11. Zylinder nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Innenrotor ( 60b ) und eine VerknUpfungseinheit ( 110) zum Koppeln des ersten und des zweiten Innenrotors ( 60a und 60b ) vorgesehen sind.11. Cylinder according to one of claims 1-10, characterized in that a second inner rotor (60b) and a linking unit (110) for coupling of the first and second inner rotors (60a and 60b) are provided. 12. Zylinder nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfungseinheit ( 110 ) einen von der Trommel ( 60a, 60b ) drehbeweglich getragenen Mitnehmer ( 121 ), mindestens einen Verbindungsbügel ( 120a ) zwischen dem ersten Innenrotor ( 65a ) und dem Mitnehmer und mindestens einen weiteren Verbindungsbügel ( 120b ) zwischen dem zweiten Innenrotor ( 65b ) und dem Mitnehmer aufweist.12. Cylinder according to claim 11, characterized in that the linking unit (110) one of the drum (60a, 60b) rotatably supported Driver (121), at least one connecting bracket (120a) between the first inner rotor (65a) and the driver and at least one further Connection bracket (120b) between the second inner rotor (65b) and the Has driver. 8U9809/07378U9809 / 0737 13. Zylinder nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Innenrotor-Steuervorrichtung zur Steuerung der Bewegung eines jeden der Innenrotoren ( 65a, 65b ) vorgesehen ist.13. Cylinder according to one of claims 11 or 12, characterized in that that an inner rotor control device for controlling the movement of each the inner rotors (65a, 65b) is provided. 14. Zylinder nach einem der Ansprüche 11 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine den zweiten Innenrotor ( 65b ) umgebende zweite Trommel ( 60b ) mit zwischen den am zweiten Innenrotor befestigten inneren Radialkolben ( 54a, 54b ) vorgesehen ist und daß die beiden Trommeln ( 60a, 60b ) und die Welle ( 58 ) zu einer mit im wesentlichen gleichförmiger Geschwindigkeit relativ zu dem Gehäuse ( 52 ) umlaufenden Einheit starr miteinander verbunden sind.14. Cylinder according to one of claims 11-13, characterized in that that a second inner rotor (65b) surrounding the second drum (60b) with between the inner radial pistons (54a, 54b) attached to the second inner rotor is provided and that the two drums (60a, 60b) and the shaft (58) are rigidly connected to one another to form a unit rotating at a substantially uniform speed relative to the housing (52). 809809/0737809809/0737