DE3315493A1 - Heissgasgenerator mit raedertriebwerk - Google Patents

Description

• Heißgasgenerator mit Rädertriebwerk
• Die Erfindung bezieht sich auf einen Heißgasgenerator mit Rädertriebwerk und gesteuertem Regenerator nach dem Prinzip des Stirling-Motors.
• Es sind Rädertriebwerke als sogenannte Schubkurbelsysteme bekannt,.
• bei denen zwei Kreise im Verhältnis 2 : 1 ineinander ablaufen, so daß ein fester Punkt auf dem Umfang des kleineren Kreises während eines U.laufes eine geradlinige Bewegung vollzieht, die dem Durchmesser des größeren Kreises entspricht. Eine in diesem Punkt angelenkte Kolbenstange vollzieht ebenfalls eine geradlinige Bewegung, so daß ein danach gebauter Motor nahezu vibrationsfrei läuft. Es ist ferner der Heißgasgenerator unter dem Namen "Stirling-Motor" bekannt, dessen Arbeitsprinzip darauf beruht, daß die Entspannung eines Gases in einem ersten sogenannten warmen Zylinder unter Wärmezufuhr erfolgt und die Verdichtung in einem benachbarten zweiten, sogenannten kalten Zylinder unter Wärmeabfuhr sich vollzieht.
• Beide Prinzipien haben für sich Vor- und Nachteile und bis heute noch nicht ihren generellen Einsatz in der Technik gefunden.
• Die Erfindung macht sich die Vorteile beider Prinzipien zunutze und verbindet die beiden Systeme zu einem neuen Motor mit der Aufgabe, einen ruhig vibrationsfrei laufenden Kolbenmotor zu schaffen, der unabhängig von der Brennstoffart durch ein Wärme-/ Kältegefälle angetrieben wird. Erfindungsgemäß geschieht das durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Mt'kmale.
• Der Vorteil eines solchen Motors liegt auf der Hand. Seine Einsatzmöglichkeit ist vielseitig. Jede Art von Wärmeerzeugung, wie Sonnenenergie, Verbrennungswärme, Abfallwärme, ist zum Betrieb des Motors nutzbar.
• Anhand von Zeichnungsbejspielen ist die Erfindung näher erläutert: Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch de Anordnung des Motors, Figuren la und 1b sind Ablaufdiagramme der einzelnen Kolbenbewegungen, Fig. 2 zeigt eine Baukastenanordnung über die Einsatzmöglichkeiten solcher Motorelemente gemäß Figuren 2a und 2b, Fig. 3 zeigt eine Explosionszeichnung über den Aufbau des Antriebes und Fig. 4 veranschaulicht die Wirkungsweise des Abtriebes.
• Gemäß Fio 1 sind zwei Motoreinheiten zusammengeschaltet, die auf einen gemeinsamen Abtrieb wirken. Der Zylinder 12 gehört zu einem Stirling-Motor-Prinzip und ist mit einem entsprechenden Gas gefüllt. In diesem Zylinder 12 wirken die beiden Kolben 14 und 16, wobei 16 der Kolben des Regenerators ist. Die Kolbenstange 18 des Kolbens 14 ist an einem außen verzahnten Umlaufrad 24 angelenkt, wobei das Umlaufrad innerhalb eines innen verzahnten feststehen- den Rades 28 umläuft. Die Kolbenstange 20 des Regeneratorkolbens 16 ist wiederum an einem Umlaufrad 22 angelenkt, das innerhalb des feststehenden Rades 30 umläuft. Die beiden Umlaufräder 22 und 24 sind hierbei so innerhalb der feststehenden Räder 28 und 30 angeordnet, daß die gedachten Radien der feststehenden Räder, die durch den Mittelpunkt der Umlaufräder führen, senkrecht aufeinander stehen. Dementsprechend sind auch die die einzelnen Stellungen bezeichnenden Zahlen 1 bis 8 um diese 900 versetzt angeordnet.
• Betrachtet man die Diagramme gemäß Fig. la und Ib, so ergibt sich daraus der Ablauf einer Umdrehung mit dem unterschiedlichen Kolbenverlauf des Motorkolbens und des Regeneratorkolbens. Die nachfolgende Betrachtung geht von Fig. la aus. Die Stellung 1 entspricht der Stellung der beiden Kolben im darüber liegenden Schnittbild des Motors in der jeweils gezeichneten Stellung. Es ist erkennbar, daß bei einer Bewegung des Motors von Position 1 über Postion 2 zur Position 3 der Motorkolben einen relativ großen Hub und der Regeneratorkolben einen relativ kleinen Hub vollzieht.
• Der Motorkolben 14 wird von Beginn an, d.h. auf dem Weg zu Position 2 und auch weiter zu Position 3 direkt auf den Regeneratorkolben zulaufen. Die Stellungen 1, 2, 3 im Diagramm Fig. la veranschaulichen dieses. Dabei wird das Gas im Zylinder verdichtet, wobei der Regeneratorkolben 16 auf seinem Weg von Position 1 nach Position 2 noch auf den Motorkolben zu läuft. Um den gleichen Betrag geht er jedoch wieder zurück, wenn er den Weg von Position 2 nach Position 3 zurücklegt. Nunmehr tritt seine Regeneratorwirkung ein - das Gas strömt durch den Regeneratorkolben hindurch in den Zylinderraum 48. Hier wird das Gas durch äußere Einwirkung abgekühlt mit Hilfe der Abkühlungsvorrichtung 34. Der Regeneratorkolben 16 läuft dem einströmenden Gas hinterher und legt nunmehr auf seinem Weg von Position 3 bis Position 5 eine relativ große Strecke zurück, d.h. er vollzieht einen relativ großen Hub. Hierbei wird das Gas wiederum verdichtet unter gleichzeitiger Abkühlung, bis der Regeneratorkolben seine Endstellung erreicht. Der Motorkolben hat während dieser Zeit auf seinem Weg von Position 3 nach Position 5 nur einen kleinen hin und her schwingenden Hub ausgeführt. Auf dem Weg von 5 nach 7 legt der Motorkolben wieder einen relativ großen Weg zurück und der Regeneratorkolben einen relativ kleinen. Während dieser Phase strömt das Gas wieder durch den Regeneratorkolben in den Zylinderraum 50, wo es zwar expandiert, aber gleichzeitig durch äußere Einwirkung über die Wärmequelle 32 erwärmt wird.
• Nach dem Prinzip des.Stirling-Motors werden die wechselseitigen Phasen zum Antrieb des Motors benutzt. Neu gegenüber dem Stirling-Motor ist der bewegliche Regenerator innerhalb des Zylinders, in dem dieser als Kolben ausgebildet ist und die versetzte Anordnung dieses Regeneratorkolbens gegenüber dem Motorkolben, so daß die Bewegungen der beiden Kolben zueinander in ein bestimmtes Verhältnis zueinander gebracht werden.
• Dieses Gebilde aus einem Zylinder mit dem Motorkolben und dem Regeneratorkolben kann einzeln für sich Anwendung finden oder -wie Fig. 1 bereits zeigt - doppelt ausgelegt werden durch zwei sich gegenüber stehende Einheiten, die nach dem Prinzip des Boxermotors arbeiten. Dementsprechend ist dann der Verlauf der linken Motorhälfte, wie die Fig. 1b in Form eines Diagrammes veranschaulicht. Dieser Doppelmotor gemäß Fig. 1 bietet darüber hinaus den Vorteil eines sehr ruhigen Laufes und eines gleichmäßig gesteuerten Antriebes.
• Die Fig. 2 zeigt, wie solche Einheiten zu Baukästen zusammengesetzt sein können, wobei man eine Reihe von solchen Motoreinheiten auf eine gemeinsame Abtriebswelle wirken lassen kann. Diese Einheiten und ihr Zusammenwirken sind in den Figuren 2a und 2b veranschaulicht. Die gemeinsame Abtriebswelle ist mit 36 bezeichnet.
• Die Fig. 3 zeigt eine Explosionszeichnung der feststehenden Räder und der Umlaufräder in Verbindung mit den Angriffspunkten für Kolben und Abtriebswelle. Die beiden feststehenden Räder 28 und 30 sind innen verzahnt. In diesen laufen die beiden Umlaufräder 22 und 24 außen verzahnt um. Auf der Achse der beiden Umlaufräder 22 und 24 sind Abstandhalter 38 montiert, zwischen denen die Kolbenstangenanlenkung 26 liegt. Die Kolbenstangenanlenkung 26 muß so angeordnet sein, daß die gedachte Mittellinie durch diese Stange den äußeren Umfang der Umlaufräder gerade berührt. An den Enden der Achsen 40 der Umlaufräder sind weitere Abstandhalter 42 gleicher Größe angeordnet, deren Achse 44 die gleiche Bedingung erfüllt, wie die Anlenkungswelle 26. Auf der Achse 44 sitzt das Abtriebsrad 46. Läuft das Umlaufrad 22 innerhalb des feststehenden Rades 28 um, so vollzieht der Anlenkungspunkt 26 bzw. dessen Welle eine Bewegung, die geradlinig in einer Ebene durch das feststehende Rad 28 auf dessen Durchmesser verläuft.
• Das bedeutet, daß die Abtriebsräder 46 eine gleichmäßig rotierende Bewegung vollziehen - so, als wäre die zugehörige Achse 44 räumlich fixiert.
• Die Wirkungsweise selbst ist der Fig. 4 zu entnehmen. Während die beiden Kolben 14 eine hin und her gehende Bewegung ausüben, verbleiben deren Kolbenstangen 18in einer Ebene, d.h. auf einer Geraden, wobei.der Hub gleich.dem Innendurchmesser des feststehenden Rades 28 entspricht. Das Umlaufrad 22 läuft dabei innerhalb des feststehenden Rades 28 um, und das Abtriebsrad 46 dreht sich hierbei ständig auf der gedachten Mittelachse des feststehenden Rades 28.
• Solche Motoreinheiten können mannigfaltigen Einsatz finden - sie können z.B. als Wärmepumpen benutzt werden, ebenso wie als Hilfsmotoren in Verbindung mit Otto-Motoren oder Diesel-Motoren zur Versorgung der Hilfsaggregate, wie Lichtmaschine, Ventilator usw.
• In verbindung mit Diesel-Motoren sind sie besonders geeignet im Einsatz bei Schiffsmotoren. Sowohl beim Otto-Motor als auch beim Diesel-Motor läßt sich zur Steuerung dieser Hilfsmotoren die anfallende Abwärme bestens nutzen.
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Claims (3)

1. Heißgasgenerator mit Rädertriebwerk Patentansprüche 1. Heißgasgenerator mit Rädertriebwerk und gesteuertem Regenerator nach dem Prinzip des Stirling-Motors, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in einem Zylinder (12) ein Arbeitskolben (4) und ein als Kolben wirkender Regenerator (6) beweglich angeordnet sind.
2. 2. Heißgasgenerator nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Kolbenstangen (8, 10) nur geradlinige Bewegungen vollziehen - gesteuert von je einem außen verzahnten Umlaufrad (12, 14), die in je einem innen verzahnten feststehenden Rad (18, 20) umlaufen und die in den feststehenden Rädern gegeneinander um 900 versetzt angeordnet sind.
3. 3. Heißgasgenerator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei sich gegenüberliegende Einheiten von Arbeitskolben und Regenerator in Form eines Boxermotors zusammengeschaltet sind.