DE29702897U1 - Rotary engine - Google Patents

Description

RotationskraftmaschineRotary engine

Die Erfindung betrifft eine Rotationskraftmaschine, bei der ein außen erwärmtes Gas ein drehend bewegtes Abtriebselement antreibt, wobei das Abtriebselement mit einer in einem zylindrischen Gehäuse gelagerten Abtriebswelle verbunden ist.The invention relates to a rotary engine in which an externally heated gas drives a rotating output element, wherein the output element is connected to an output shaft mounted in a cylindrical housing.

Im Stand der Technik sind Rotationskraftmaschinen vorwiegend als Wärmekraftmaschinen in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Insbesondere werden Wärmekraftmaschinen in Form von Verbrennungsmotoren vielfach verwendet. Bei Verbrennungsmotoren sind Ausführungen, die nach dem Hubkolbenprinzip arbeiten in Form von Otto- und Dieselmotoren sowie Kreiskolbenmotoren, die nach dem Prinzip des Wankelmotors arbeiten, bekannt.In the state of the art, rotary engines are mainly known as heat engines in a variety of designs. In particular, heat engines in the form of internal combustion engines are widely used. In the case of internal combustion engines, designs that work according to the reciprocating piston principle in the form of Otto and diesel engines as well as rotary piston engines that work according to the Wankel engine principle are known.

Bei den Hubkolbenmotoren ist nachteilig, das zur Steuerung der Motorfunktion aufwendig herstellbare Nockenwellen und ständigem Verschleiß unterliegende Ventile benötigt werden. Sie weisen weiterhin den Nachteil einer meist unzureichenden Motorspülung nach der Arbeitsphase und einerThe disadvantage of reciprocating piston engines is that they require camshafts that are difficult to manufacture and valves that are subject to constant wear to control the engine function. They also have the disadvantage of usually inadequate engine flushing after the working phase and a

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unzureichenden Kraftstoff- bzw. Gemischfüllung zur Vorbereitung des Arbeitshubes auf.insufficient fuel or mixture filling to prepare the working stroke.

Eine weitere im Stand der Technik bekannte Bauform des Verbrennungsmotors stellt der Kreiskolbenmotor dar, bei dem ein Kolben, der einen dreieckähnlichen Querschnitt aufweist, in einem speziell geformten Zylinder rotiert.Another type of internal combustion engine known in the state of the art is the rotary piston engine, in which a piston with a triangular cross-section rotates in a specially shaped cylinder.

Nachteilig ist hierbei, daß zur Herstellung aufwendige Fertigungsverfahren erforderlich sind und die Dichtung zwischen Kolben und Zylinder hohem Verschleiß unterliegt.The disadvantage here is that complex manufacturing processes are required and the seal between the piston and cylinder is subject to high levels of wear.

Im Stand der Technik sind ferner Kolbenkraftmaschinen mit äußerer Verbrennung unter der Bezeichnung Heißgasmotor oder Stirlingmotor bekannt. Der Vorteil dieser Wärmekraftmaschinen besteht darin, daß die Wärme, die zum Betreiben dieser Maschinen verwendet wird, nicht notwendigerweise durch Verbrennung von Brennstoff mit Luft erzeugt werden muß. Sie kann auch auf andere Weise, beispielsweise aus der Sonnenstrahlung oder aus Kernreaktionen entnommen werden.In the state of the art, piston engines with external combustion are also known as hot gas engines or Stirling engines. The advantage of these heat engines is that the heat used to operate these machines does not necessarily have to be generated by burning fuel with air. It can also be obtained in other ways, for example from solar radiation or from nuclear reactions.

Nachteilig bei diesen Anordnungen ist, daß sie als Kolbenkraftmaschinen mit Hubkolben ausgeführt werden müssen und zur Realisierung dieser Bauformen ein hoher technischer Aufwand erreicht werden muß und nur ein geringer Wirkungsgrad erzielt wird.The disadvantage of these arrangements is that they have to be designed as piston engines with reciprocating pistons and that a high level of technical effort has to be achieved to implement these designs and only a low level of efficiency is achieved.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Wärmekraftmaschine anzugeben, die es ermöglicht, verschiedenartige Energieformen für die Antriebsenergie zu nutzen mit der ein hoher Wirkungsgrad erreichtThe invention is therefore based on the object of specifying a heat engine that makes it possible to use different forms of energy for the drive energy, with which a high level of efficiency can be achieved

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wird und die sich durch einen einfachen Aufbau und ein geringes Gewicht auszeichenet.and is characterized by a simple structure and low weight.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß auf dem Abtriebselement Planetenräder drehbar angeordnet sind, die zylindrischen Laufflächen der Planetenräder auf einer Membran Abrollen, die Membran streifenförmig ausgebildet ist und an ihren Enden an der Inneren Zylinderfläche des Gehäuses befestigt ist und außerhalb des Gehäuses eine Brennkammer und ein Kühler angeordnet sind, von denen jeweils zwei Kanäle in den Innenraum des Gehäuses führen.According to the invention, the object is achieved in that planetary gears are arranged rotatably on the output element, the cylindrical running surfaces of the planetary gears roll on a membrane, the membrane is designed in the form of a strip and is attached at its ends to the inner cylindrical surface of the housing, and a combustion chamber and a cooler are arranged outside the housing, two channels of which each lead into the interior of the housing.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Maschine sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the machine according to the invention are specified in the subclaims.

Die erfindungsgemäße Wärmekraftmaschine benötigt keine hin- und hergehenden Teile zur Erzeugung der Abtriebsbewegung sowie keine aufwenigen Teile zur Steuerung der Gaszu- bzw. -abfuhr. Sie kann mit verschiedenen Brennstoffen, mit Solarenergie oder auch durch Nutzung von Energierückgewinnung in Arbeitsgaskreisläufen, beispielsweise mit Abgasen, betrieben werden. Durch die nur geringen Reibungsverluste und durch die direkte Umwandlung der Antriebsenergie in eine Drehbewegung wird ein hoher Wirkungsgrad der Energieumwandlung erreicht und damit auch eine nur sehr geringe Umweltbelastung erzielt. Da für die Antriebsenergie die Wärmeerzeugung einer atmosphärischen Verbrennung ausreicht sind Abgaswerte wie bei bekannten Heizungen erreichbar.The heat engine according to the invention does not require any reciprocating parts to generate the output movement, nor any complex parts to control the gas supply or discharge. It can be operated with various fuels, with solar energy or by using energy recovery in working gas circuits, for example with exhaust gases. Due to the low friction losses and the direct conversion of the drive energy into a rotary movement, a high level of energy conversion efficiency is achieved and thus only a very low environmental impact is achieved. Since the heat generated by atmospheric combustion is sufficient for the drive energy, exhaust gas values like those of known heaters can be achieved.

Die erfindungsgemäße Wärmekraftmaschine kann vorteilhafterweise dort eingesetzt werden, wo kontinuierliche Drehzahlen benötigt werden. Sie istThe heat engine according to the invention can be used advantageously where continuous speeds are required. It is

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besonders für den Einsatz in Hybridfahrzeugen geeignet. Es ist auch möglich, die Wärmekraftmaschine zur Elektoenergiegewinnung, zum Betrieb von Pumpen und dergleichen einzusetzen,particularly suitable for use in hybrid vehicles. It is also possible to use the heat engine to generate electrical energy, to operate pumps and the like,

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows:

Figur 1 einen Schnitt durch eine Ausführung mit einer Arbeitskammer und einer Druckkammer und
10Figure 1 shows a section through a design with a working chamber and a pressure chamber and
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Figur 2 einen senkrecht dazu ausgeführten Schnitt durch das zylindrische Gehäuse.Figure 2 shows a perpendicular section through the cylindrical housing.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellt Wärmekraftmaschine besitzt ein zylindrisches Gehäuse 1, in dem auf einer Abtriebswelle 2 ein Planetenradträger angebracht ist. An dem Planetenradträger sind drei Planetenräder 3 gelagert. Die Abmessungen sind dabei so gewählt, daß die Planetenräder 3 die Membran 4, welche sich im Inneren des Gehäuses 1 befindet, an die innere Zylinderwand des Gehäuses 1 andrückt. Die Planetenräder 3 sind der Form der zylindrischen Gehäusewand 1 angepaßt und rollen auf dieser ab. Die Flächen, auf denen sie abrollen, können dabei sowohl zylinderförmig als auch ballig ausgeführt sein. An der zylindrischen Innenwand des Gehäuses 1 ist die Membran 4 seitlich dicht befestigt. Die Membran 4 ist streifenförmig ausgebildet. Dadurch entsteht zwischen der Membran 4 und der zylindrischen Innenwand des Gehäuses 1 ein Raum, der jeweils als Arbeitskammer oder als Druckkammer benutzt werden kann. Die zylindrische Gehäusewand wird von der Membran 4 druckdicht überspannt, so daßThe heat engine shown in Figures 1 and 2 has a cylindrical housing 1 in which a planet gear carrier is mounted on an output shaft 2. Three planet gears 3 are mounted on the planet gear carrier. The dimensions are selected so that the planet gears 3 press the membrane 4, which is located inside the housing 1, against the inner cylinder wall of the housing 1. The planet gears 3 are adapted to the shape of the cylindrical housing wall 1 and roll on it. The surfaces on which they roll can be either cylindrical or spherical. The membrane 4 is tightly attached to the side of the cylindrical inner wall of the housing 1. The membrane 4 is strip-shaped. This creates a space between the membrane 4 and the cylindrical inner wall of the housing 1, which can be used as a working chamber or as a pressure chamber. The cylindrical housing wall is spanned by the membrane 4 in a pressure-tight manner so that

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zwischen der Membran 4 und der zylindrischen Innenfläche des Gehäuses 1 eine Arbeits- bzw. eine Druckkammer entsteht. Die Membran 4 läuft jeweils am Ein- und Auslaß der Arbeitskammer flach an der zylindrischen Gehäusewand aus. Gegenüber der Arbeitskammer befindet sich die in gleicherweise arbeitende Druckkammer, welche jedoch einen kleinerem Querschnitt aufweist. Am Einlaß der Arbeitskammer ist die Brennkammer 5 angeordnet, in der ein Arbeitsgas erhitzt wird. Am Auslaß der Arbeitskammer ist der Kühler 6 angeordnet, der das Arbeitsgas abkühlt und zum Einlaß der Druckkammer führt. Die im Kühler 6 abgeführte Wärme kann über einen Wärmetauscher zum Vorwärmen des Arbeitsgases genutzt werden.between the membrane 4 and the cylindrical inner surface of the housing 1 a working or pressure chamber is created. The membrane 4 runs flat against the cylindrical housing wall at the inlet and outlet of the working chamber. Opposite the working chamber is the pressure chamber, which works in the same way but has a smaller cross-section. The combustion chamber 5, in which a working gas is heated, is arranged at the inlet of the working chamber. The cooler 6, which cools the working gas and leads it to the inlet of the pressure chamber, is arranged at the outlet of the working chamber. The heat dissipated in the cooler 6 can be used via a heat exchanger to preheat the working gas.

Durch die um 120° versetzt angeordnete Planetenräder 3 wird erreicht, daß immer ein Planetenrad die Arbeitskammer abdichtet, so daß das in der Brennkammer erhitzte sich ausdehnende Arbeitsgas die Membran dehnt und damit die Planetenräder in eine Drehbewegung versetzt. Hat das erste Planetenrad den Auslaß der Arbeitskammer erreicht, so wird gleichzeitig durch das zweite Planetenrad die Arbeitskammer gesperrt und der zweite Arbeitstakt beginnt während das Arbeitsgas über den Kühler ausströmt und nach starkem Druckabfall durch den Einlaß in die Druckkammer einströmt. Wenn das zweite Planetenrad den Auslaß der Arbeitskammer erreicht, übernimmt das dritte Planetenrad den Arbeitstakt und das erste Planetenrad drückt das Arbeitsgas durch den Wärmetauscher in die Brennkammer. Hat das dritte Planetenrad den Auslaß der Arbeitskammer erreicht, übernimmt das erste Planetenrad den Arbeitstakt und das zweite Planetenrad den Drucktakt.The planetary gears 3, which are arranged at 120° apart, ensure that one planetary gear always seals the working chamber, so that the expanding working gas heated in the combustion chamber expands the membrane and thus sets the planetary gears in rotation. When the first planetary gear has reached the outlet of the working chamber, the working chamber is simultaneously blocked by the second planetary gear and the second working cycle begins while the working gas flows out via the cooler and after a strong pressure drop flows into the pressure chamber through the inlet. When the second planetary gear reaches the outlet of the working chamber, the third planetary gear takes over the working cycle and the first planetary gear pushes the working gas through the heat exchanger into the combustion chamber. When the third planetary gear has reached the outlet of the working chamber, the first planetary gear takes over the working cycle and the second planetary gear takes over the pressure cycle.

B ezugszeichenlisteL istence of references

1 Gehäuse1 housing

2 Abtriebswelle mit Planetenradtäger2 Output shaft with planetary gear carrier

3 Planetenrad3 Planetary gear

4 Membran4 Membran

5 Brennkammer 6 Kühler5 Combustion chamber 6 Cooler

7 Vorwärmer7 Preheater

8 Arbeitskammereinlaß8 Working chamber inlet

9 Arbeitskammerauslaß9 Working chamber outlet

10 Druckkammereinlaß 11 Druckkammerauslaß10 Pressure chamber inlet 11 Pressure chamber outlet

12 ballig ausgeführte Arbeitskammer12 spherical working chamber

13 ballig ausgeführte Druckkammer13 spherical pressure chamber

Claims (4)

SCHUTZANSPRUCHEPROTECTION CLAIMS 1. Wärmekraftmaschine, bei der mit einem außenerwärmten Gas ein drehend bewegtes Abtriebselement angetrieben wird, wobei das Abtriebselement mit einer in einem zylindrischen Gehäuse (1) gelagerten Abtriebswelle (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß1. Heat engine in which a rotating output element is driven by an externally heated gas, the output element being connected to an output shaft (2) mounted in a cylindrical housing (1), characterized in that - auf dem Abtriebselement Planetenräder (3) mit zylindrischen Laufflächen drehbar angeordnet sind,- planetary gears (3) with cylindrical running surfaces are arranged to rotate on the output element, - die zylindrischen Laufflächen der Planetenräder (3) auf einer Membran (4) abrollen,- the cylindrical running surfaces of the planetary gears (3) roll on a membrane (4), - die Membran (4) streifenförmig ausgebildet ist und an der inneren Zylinderfläche des Gehäuses (1) befestigt ist- the membrane (4) is strip-shaped and is attached to the inner cylindrical surface of the housing (1) undand - außerhalb des Gehäuses (1) eine Brennkammer (5) und ein Kühler (6) angeordnet sind, von denen jeweils zwei Kanäle in den Innenraum des Gehäuses (1) führen.- a combustion chamber (5) and a cooler (6) are arranged outside the housing (1), two channels each of which lead into the interior of the housing (1). 2. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtriebselement in Form eines sternförmigen Planetenradträgers ausgebildet ist, an dem drei Planetenräder (3) angeordnet sind und von dem die Bewegung auf die Abtriebswelle (2) übertragen wird.2. Heat engine according to claim 1, characterized in that the output element is designed in the form of a star-shaped planet gear carrier on which three planet gears (3) are arranged and from which the movement is transmitted to the output shaft (2). -8--8th- 3. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle von Kühler (6) und Brennkammer (5) so angeordnet sind, daß der Brennkammereinlaßkanal (8) unmittelbar in Bewegungsrichtung hinter der Befestigungsstelle der Membran (4) in das Gehäuse (1) führt und der Brennkammerauslaßkanal (11) unmittelbar in Bewegungsrichtung vor der Befestigungsstelle der Membran (4) in das Gehäuse (1) führt und der Kühlereinlaßkanal (9) und der Kühlerauslaßkanal (10) etwa um 180° versetzt gegenüber den Kanälen der Brennkammer (8.11) angeordnet sind, wobei bei den Kühlerkanälen (9,10) der Auslaßkanal in Bewegungsrichtung vor dem Einlaßkanal angeordnet ist.3. Heat engine according to claim 1 or 2, characterized in that the channels of the cooler (6) and combustion chamber (5) are arranged such that the combustion chamber inlet channel (8) leads into the housing (1) directly behind the fastening point of the membrane (4) in the direction of movement and the combustion chamber outlet channel (11) leads into the housing (1) directly in front of the fastening point of the membrane (4) in the direction of movement and the cooler inlet channel (9) and the cooler outlet channel (10) are arranged offset by approximately 180° with respect to the channels of the combustion chamber (8.11), wherein in the cooler channels (9,10) the outlet channel is arranged in front of the inlet channel in the direction of movement. 4. Wärmekraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (4) aus einer elastischen begrenzt dehnungsfähigen Folie besteht.4. Heat engine according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane (4) consists of an elastic film with limited stretchability.