DE2438871A1

DE2438871A1 - Energiewandler

Info

Publication number: DE2438871A1
Application number: DE2438871A
Authority: DE
Inventors: Ladislav Stephan Karpisek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-08-13
Filing date: 1974-08-13
Publication date: 1976-02-26

Description

Energiewandler Die Erfindung betrifft einen Energiewandler mit einer drehbar in einer im wesentlichen zylindrischen Kammer in einem Gehäuse gelagerten Drehschieberanordnung.
Die Erfindung betrifft also eine Maschine,,die Energie in einer Form aufnimmt und diese Energie in eine andere Form wandelt und in der gewandelten Form abgibt. Die Vorrichtung der Erfindung lässt sich locker dem Bereich der Drehkolben- oder Drehschiebermaschinen zurechnen.
Die Vorrichtung der Erfindung kann also entweder als Pumpe betrieben werden1 die mit mechanischer Energie beaufschlagt wird und die aufgenommene Energie in Form eines Druckflüssigkeitsstromes abgibt, oder sie kann als fluidbetriebener Motor eingesetzt werden1 der die Energie in Form eines Druckfluids aufnimmt und die Energie des Druckfluids in mechanische Bewegung umsetzt.
In einer speziellen Ausbildung kann der Energiewandler der Erfindung auch die in chemischen Verbindungen latent gespeicherte Energie in mechanische Bewegung umsetzen, wozu er nach Art einer Verbrennungskraftmaschine betrieben werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vielseitig einsetzbaren, einfach aufgebauten und wirtschaftlichen Energiewandler bzw. Energieumsetzer zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Wandler der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet ist, dass die Drehschieberanordnung eine Welle und eine zwischen deren Enden formschlüssig angeordnete sich radial erstreckende den oder die Schieber tragende Scheibe gleichmässiger Dicke enthält, dass die Scheibe mindestens einen in Richtung der Achse der Welle durchgehenden Schlitz aufweist, dass in dem Schlitz ein Schieber verschiebbar gehaltert ist, dass der Schieber von gleichmässiger Dicke und im wesentlichen rechtwinklig ausgebildet ist und zwei einander gegenüberliegende Hauptflächen, eine radial innere und eine radial äussere Kante und zwei seitliche, senkrecht zur Welle stehende Enden aufweist, wobei die Länge des Schiebers von seinem einem zum gegenüberliegenden seitlichen Ende grösser als die Dicke der den Schieber führenden Scheibe ist, dass die Kammer einander gegenüberliegende seitliche Endflächen mit einander komplementärem Profil und zentralen Öffnungen zur Aufnahme je eines der zu beiden Seiten der Scheibe liegenden Teile der Welle aufweist, dass das Profil der Kammerseitenflächen im wesentlichen sinusförmig mit gleicher Anzahl von Maxima und Minima ausgebildet ist, dass der Abstand der Kammerseitenflächen voneinander praktisch gleich der Länge des Schiebers ist, dass der Abstand der Profilmaxima beider Kammerseitenflächen voneinander in Richtung der Achse der Welle im-wesentlichen gleich der Dicke der Scheibe ist, dass die senkrecht zur Achse der Welle stehenden Endflächen oder -kanten des Schiebers dicht anden profilierten Kammerseitenflächen anliegen, dass die innere Kante des Schiebers der Mantelfläche der Welle und die äussere Kante des Schiebers der zylindrischen Mantelfläche der Kammer anliegen, so dass beim Umlauf der Welle der Schieber durch seinen dichtenden Gleiteingriff mit den profilierten Kammerseitenflächen in Richtung der Achse der Welle hin und her geführt wird, wobei die Kanten des Schiebers dichtend mit der Welle und mit der Kammermantelfläche im Eingriff stehen und die Hauptflächen dichtend mit den Seitenflächen des Schlitzes in der Scheibe im Eingriff stehen, und dass die Kammerzonen zu jeder Seite der Schieberträgerscheibe Einlass- und Auslassöffnungen aufweisen.
Die Erfindung ist nachstehend in Verbindung mit den Zeichnungen anhand mehrerer Ausführungsbeispiele hinsichtlich ihrer erfindungswesentlichen Merkmale näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eine der einfachsten Ausführungsformen der Erfindung, teilweise im Schnitt; Fig. 2 einen Schnitt nach 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt nach 3-3 in Fig. 1; Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung unter Fortlassung des Schiebers mit der Darstellung einer Ausführung einer Dichtung der Schieberträgerscheibe; Fig. 5 einen Schnitt nach 5-5 in Fig. 4; Fig. 6 einen Schnitt nach 6-6 in Fig. 4; Fig. 7 eine der Fig. 4 entsprechende schematische Darstellung; Fig. 8 einen Schnitt nach 8-8 in Fig. 7 mit abweichender Ausbildung der Einlassöffnung; Fig. 9 einen Schnitt nach 9-9 in Fig. 7; Fig. 10 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung; Fig. 11 einen Schnitt nach 11-11 in Fig. 10 mit der Darstellung aner weiteren Einlassausbildung; Fig. 12 einen Schnitt nach 12-12 in Fig. 10; Fig. 13 die Schieberträgerscheiben und die Kammerseitenflächen für eine mehrkammrige Ausbildung der in den Figuren 1, 4, 7 und 10 gezeigten Vorrichtung; Fig. 14 eine der Fig. 5 entsprechende Darstellung mit der Auslassöffnung bei Ausbildung der Vorrichtung als Gaskompressor, wobei die Schieber in den Stellungen des grössten Kammervolumens und der maximalen Kompression gezeigt sind; Fig. 15 und Fig. 16 in schematischer Darstellung zwei miteinander verbundene Zonen eines zweistufigen Gaskompressors; Fig. 17 eine der Fig. 10 entsprechende Darstellung mit einer speziellen Ausbildung der Schieberträgerscheibe für einen zweistufigen Kompressor der in den Figuren 15 und 16 gezeigten Art; Fig. 18 in Seitensicht eine Schieberausbildung für die in Fig. 17 dargestellte Ausführungsform der Erfindung; Fig. 19 eine der Fig. 1 entsprechende schematische Darstellung mit verstärkter Schieberführung für mit hohen Drücken arbeitende Maschinen und einen Schieber zur Verwendung in dieser Vorrichtung; Fig. 20 eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausbildung des Schiebers; Fig. 21 eine weitere Ausbildung des Schiebers; Fig. 22 eine weitere Ausbildung des Schiebers; Fig. 23 eine weitere Ausbildung des Schiebers; Fig. 24 eine weitere Ausbildung des Schiebers; Fig. 25 im Schnitt eine Teildarstellung eines seitlichen Endes des Schiebers im Eingriff mit einer seitlichen Kammerwand im Maximum des Profils, Fig. 26 eine weitere Ausbildung des Schiebers; Fig. 27 eine weitere Ausbildung des Schiebers; Fig. 28 eine weitere Ausbildung des Schiebers; Fig. 29 in schematischer Darstellung eine mit Vergaser und Zündfunken arbeitende Verbrennungskraftmaschine; Figuren 30 bis 35 verschiedene Arbeitsstadien der in Fig. 29 gezeigten Vorrichtung; Fig. 36 eine Vorrichtung der in Fig. 29 gezeigten Art, jedoch mit Kraftstoffeinspritzung; Fig. 37 eine Vorrichtung der in Fig. 29 gezeigten Art, jedoch auf der Basis einer kontinuierlichen Verbrennung; Fig. 38 eine Darstellung der in Fig.4 gezeigten Art einer Vierzonenpumpe mit drei Schiebern; Fig. 39 einen Schnitt nach 39-39 in Fig. 38; Fig. 40 einen Schnitt nach 40-40 in Fig. 38; Fig. 41 eine Vorrichtung der in Fig. 38 gezeigten Art, jedoch als Ausbildung in Form einer Achtzonenpumpe mit sechs Schiebern; Fig. 42 einen Schnitt nach 42-42 in Fig. 41; Fig. 43 einen Schnitt nach 43-43 in Fig. 41; Fig. 44 in vereinfachter Darstellung im Querschnitt eine Seitenansicht einer einfachen praktischen Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung; Fig. 45 eine weitere Ausbildung des Schiebers; Fig. 46 eine weitere Ausbildung des Schiebers; Fig. 47 eine Draufsicht auf eine mehrteilige Ausbildung des Schiebers mit Ausschnitten der Kammerseitenflächen und der Schieberträgerscheibe im Schnitt; Fig. 48 in schematischer perspektivischer Darstellung eine weitere Ausbildung eines mehrteiligen Schiebers mit ergänzenden Elementen; Fig. 49 in perspektivischer schematischer Darstellung die Welle und die Schieberträger scheibe eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und Fig. 50 in schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausbildung der Dichtung zwischen der Schieberträgerscheibe und einer Kammerseitenfläche im Bereich des Profilmaximums.
In den Figuren 1 bis 3 ist die Grundform und zugleich auch die einfache Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung dargestellt. Diese besteht aus einem zweiteiligen Gehäuse 1,2 mit einer im wesentlichen zylindrischen inneren Kammer 3.
In dieser Kammer ist eine Drehschieberanordnung untergebracht, die auf einer Welle 4 gehaltert ist. Die Welle 4 verläuft axial in der zylindrischen Kammer 3 und ist drehbar in den Gehäuseteilen 1 und 2 gelagert.
Die Drehschieberanordnung weist weiterhin eine Schieberträgerscheibe 5 (im folgenden Scheibe) auf, die entweder einstückig mit der Welle 4 ausgebildet oder formschlüssig auf dieser befestigt ist. Die Scheibe 5 weist einen radial angeordneten durchgehenden Schlitz 6 auf. Ein einzelner Schieber 7 von im wesentlichen rechtwinkliger Form und im wesentlichen rechtwinkligem Querschnitt ist verschiebbar im Schlitz 6 gehaltert. Aus Gründen der deutlicheren Darstellung ist der Schieber 7 in Fig. 1 weggebrochen dargestellt, so dass die eine Seitenfläche des Schlitzes 6 erkennbar ist.
Die Kammer 3 wird von einer zylindrischen Mantelfläche 9 und zwei zueinander komplementär profilierten Seitenflächen 8 begrenzt. Die Seitenflächen 8 sind auf Hilfselementen 1A und 2A ausgebildet ausgebildet, die mit den Gehäuseteilen 1 bzw. 2 fest verbunden sind. Die profilierten Flächen 8 weisen voneinander in Richtung der Achse der Welle an jedem Flächenpunkt den gleichen konstanten Abstand auf, der praktisch gleich der Länge des Schiebers 7 ist. Die Kammerseitenflächen 8 weisen ein im allgemeinen sinusförmiges Profil mit einem einzigen Maximum P und einem einzigen Minimum 10 auf.
Die Profile sind insofern regulär ausgebildet, als jeweils die halbe Länge jedes Profils komplementär zur jeweils anderen halben Länge desselben Profils ist.
Beide Kammerseitenflächen 8 sind über ihre gesamte Länge an allen Flächenpunkten stets radial zur Welle 4 ausgeformt, so dass zu jedem Zeitpunkt die seitlichen Enden des rechtwinklig ausgebildeten Schiebers 7 radial an den Kammerseitenflächen 8 anliegen. Die beiden einzigen Maxima P der Profile der beiden Kammerseitenflächen 8 sind, wie in der vorstehenden Beschreibung impliziert, um 180 ° gegeneinander versetzt. Ihr Abstand voneinander in axialer Richtung der Welle 4 ist so ausgebildet, dass je eines der Profilmaxima der Kammerseitenflächen reibend an je einer der Seitenflächen der Scheibe 5 anliegt. Bei Drehung der Welle 4 um ihre Achse ist sie durch das Anliegen der Profilmaxima der Kammerseitenflächen an den gegenüberliegenden Seitenflächen der Scheibe 5 gegen eine axiale Verschiebung gesichert. Bei der Umdrehung der Welle wird der Schieber 7 durch den Schlitz 6 hindurch unter nockenscheibenartiger Führung durch die Profile der Kammerseitenflächen 8 in Richtung der Achse der Welle 4 hin- und hergeschoben.
Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach 2-2 in Fig. 1. Die Welle 4 ist im Uhrzeigersinn um 90 ° aus der senkrecht nach oben weisenden Stellung, der 12 Uhr entsprechenden Stellung auf dem Ziffernblatt einer Uhr verdreht. In dieser Stellung stünde der Schieber auf dem Maximum P des Seitenflächenprofils. Zum Einlass und Auslass eines Fluids in die bzw aus der Kammer 3 der Vorrichtung sind eine Einlassöffnung 11 und eine Auslassöffnung 12 vorgesehen Bei Umdrehung der Welle im Uhrzeigersinn und einer Führung des Schiebers 7 vom Profilmaximum P der Kammerseitenfläche 8 fort wird zwischen der in Drehrichtung rückwärtigen Schieberfläche und der Dichtunglinie zwischen dem Profilmaximum P der Kammerseitenfläche 8 und der Seitenfläche der Seibe 5 ein Unterdruck erzeugt. Sobald der Schieber 7 an der Einlassöffnung 11 vorbeigelaufen ist, wird durch den Einlass 11 das Fluid in die Unterdruckzone angesaugt. Mit fortschreitender Drehung der Welle 4 nimmt das Volumen dieser Ansaugzone zu. Dabei ist Folgendes zu beachten: Bei Auslegung der Maschine mit einem einzigen Schieber 7 stehen die Einlassöffnung 11 und die Auslassöffnung 12 für eine ausserordentlich kurze Zeitspanne direkt miteinander in Verbindung, nämlich für die Zeit, die der Schieber 7 benötigt, um von einer Stellung, in der er die Auslassöffnung 12 gerade freigibt, in eine Stellung zu gelangen, in der er die Einlassöffnung 11 gerade vollständig überlaufen hat. Sobald der Schieber 7 diese zweite Stellung erreicht hat, ist die mit der Einlassöffnung 11 in Verbindung ziehende Einlaßseite der Vorrichtung wieder durch den Schieber von der mit der Auslassöffnung 12 in Verbindung stehenden Auslaßseite der Vorrichtung hermetisch getrennt.
Vor der in Drehrichtung vorn liegenden Schieberhauptfläche wird das Fluid einer positiven, komprimierend-verdrängenden Kraft ausgesetzt. Durch diese Kraftbeaufschlagung wird das Fluid durch die Auslaßöffnung 12 ausgedrückt. Während dieses Kompressionstaktes wird gleichzeitig auf der Rückseite des Schiebers der Ansaugunterdruck aufgebaut, durch den neues Fluid durch die Einlassöffnung 11 angesaugt wird.
Wenn an der Auslassöffnung 12 ein wesentlicher Gegendruck liegt, kann es für die kurze Zeitspanne, in der die Einlassöffnung 11 und die Auslassöffnung 12 direkt miteinander in Verbindung stehen, zu einem Fluidrückfluss kommend Die vorstehend in der Betriebsweise einer Pumpe in ihrer einfachsten Ausbildung beschriebene Vorrichtung der Erfindung mit einem einzigen Schieber unterliegt also gewissen Leistungsbescllränkungen.
Die vorstehende Beschreibung betrifft die eine Hälfte der Vorrichtung, also die Vorgänge in einer, auf einer Seite der Scheibe 5 liegenden Zone. In der anderen auf der anderen Seite der Scheibe 5 liegenden Zone spielen sich mit einem zweiten Einlass- und Auslassöffnungspaar 11 und 12 in der in Fig. 3 gezeigten Weise die gleichen Vorgänge ab. Die beiden Einlassöffnungen 11 und die beiden Auslassöffnungen 12 zu beiden Seiten der Scheibe 5 können so miteinander verbunden sein, dass sie einen gemeinsamen Ansaug- bzw. Einlaßstutzen und einen gemeinsamen Druck-bzw. Auslaßstutzen für eine einzige Fluidzuleitung und eine einzige Fluidableitung bilden.
Bereits bei der Verwendung von zwei Schiebern 7 kann die zuvor beschriebene Rückflusserscheinung ausgeschaltet werden. Während einer der Schieber auf dem Profilmaximum steht, sperrt der andere die Verbindung zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung und unterbindet so einen Rückfluss. Zu keiner Zeit sind die Einlassöffnung und die Auslassöffnung direkt miteinander verbunden.
Sie sind stets durch mindestens einen der beiden Schieber 7 und zusätzlich stets durch die Dichtungslinie zwischen dem Profilmaximum P der Kammerseitenfläche 8 und der einen Seitenfläche der Scheibe 5 voneinander getrennt.
Vorzugsweise wird eine Drehschieberanordnung mit drei Schiebern eingesetzt. In den Figuren 4, 5 und 6 ist eine solche Dreischiebervorrichtung dargestellt. Die einzelnen Schieber bilden untereinander einen Winkel von 3600/3 = 1200. Es wird also eine symmetrische Radialverteilung der drei Schieber bevorzugt. In den Figuren 5 und 6 sind die Schieber 7 durch unterbrochene Linien dargestellt. In der in Fig. 5 gezeigten Winkelstellung steht einer der Schieber 7 auf dem Profilmaximum P der Kammerseitenflächen. In der Fig. 5 ist der Zonenkammerbereich mit dem grössten Volumen schraffiert dargestellt. Er liegt symmetrisch zum Profilminimum 10.
Beim Betrieb der Vorrichtung mit einer nicht kompressiblen Flüssigkeit ist es für einen wirtschaftlichen Betrieb der Vorrichtung wesentlich, dass die Flüssigkeitsführung und der Flüssigkeitsdurchsatz ohne Kompressionslast erfolgen. Die Einlassöffnung 11 und die Auslassöffnung 12 werden bei Verwendung einer Mehrschieberanordnung in der in den Figuren 5 und 6 gezeigten Weise zu Öffnungsbereichen 13 und 14, die mit dem Einlass 11 bzw. dem Auslass 12 in Verbindung stehen, erweitert. Wenn einer der Schieber 7 den Punkt B passiert, setzt der Auslass durch den Auslassöffnungsbereich 14 ein. Gleichzeitig passiert der nachfolgende Schieber 7 den Punkt A und unterbindet dadurch den weiteren Fluideinlass durch den Einlassöffnungsbereich 13 in die vor ihm liegende Zonenkammer, Die in Verbindung mit der Fig. 5 vorstehend gegebene Beschreibung bezieht sich wiederum auf nur eine Seite der Vorrichtung, wobei auf der anderen Seite der Vorrichtung, deren Betrieb hier nach Art einer Pumpe beschrieben ist, in um 1800 verschobener Phase (Fig. 6) die gleichen Vorgänge ablaufen wie im Zusammenhang mit der Fig. 5 beschrieben.
In den Figuren 7, 8 und 9 sind bevorzugte Öffnungssysteme für den Pumpenbetrieb dargestellt. Die Welle 4 ist als Hohlwelle ausgebildet. In dem in Fig. 7 durch Pfeile angedeuteten Strömungsverlauf kann das Fluid in die Kammerzonen zu beiden Seiten der Scheibe 5 strömen.
Der Einlass erfolgt durch die Einlassöffnung 11, der Auslass durch die Auslassöffnung 12. Die beiden Auslassöffnungen 12 jeder der beiden Zonen zu jeder Seite der Scheibe können zu einem gemeinsamen Druckstutzen kombiniert sein. Die Einzelheiten der Ausgestaltung sind den Figuren 8 und 9, die Schnitte nach 8-8 bzw. 9-9 in Fig. 7 darstellen, zu entnehmen.
Die vorstehende Beschreibung geht davon aus, dass die Welle 4 eine angetriebene Eingangswelle ist. Bei Betrieb der Vorrichtung mit einem Druckfluid können die Schieber 7 und die Scheibe 5 jedoch auch durch das Fluid getrieben werden. Die Welle 4 liefert den Leistungsausgang.
Die in den Figuren 10, 11 und 12 gezeigte Ausbildung der Erfindung sieht in der Zuleitung 11 zu einer Zone der Kammer ein Rückschlagventil 15 (Fig. 11) und einen zusätzlichen Einlass llA vor. Durch diesen Einlass 11A tritt Druckfluid ein. Vorzugsweise wird die Einlassöffnung llA so gesteuert, dass der Einlass des Antriebsdruckfluids zwischen einer Schieberstellung unmittelbar angrenzend an den Einlass 11 bis zum Einlass 1lA erfolgt. Dadurch kann die eingespeiste Druckfluidmenge jeder Kammerzone gut gesteuert werden. Durch das Rückschlagventil 15 wird in jedem Fall ein Rückfliessen des Druckfluids aus dem Einlaßstutzen 11 heraus vermieden.
Vorzugsweise ist in der in den Figuren 11 und 12 gezeigten Weise der Druckfluidzutritt auf die Zone auf einer Seite der Scheibe 5 beschränkt. Gewünschtenfalls können jedoch auch beide Zonenhälften der Kammer mit zusätzlichen Druckfluideinlässen 1lA versehen werden.
In der in Fig. 10 gezeigten Darstellung ragt die Welle 4 aus dem Pumpengehäuse heraus. In der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung dient diese Welle nicht als Antrieb. Wird die Welle jedoch unter Verwendung der gleichen Einlass- und Auslassanordnung angetrieben, so bildet die beschriebene Vorrichtung eine ausserordentlich zuverlässig und mit hohem Wirkungsgrad arbeitende Mischpumpe für Flüssigkeiten. Die verschiedenen Flüssigkeiten können beispielsweise durch die Einlässe 11 und llA zugeführt werden. Eine solche Vorrichtung wird mit hervorragenden Ergebnissen vorzugsweise insbesondere zur Verdünnung von Konzentraten, Chemikalien aller Art oder insbesondere zur Verdünnung von Säuren eingesetzt.
Wenn eine die zuvor beschriebene Zweizoneneinheit übersteigende Antriebs- oder Pumpleistung verlangt wird, kann ein Mehrkammersystem der in Fig. 13 gezeigten Art eingesetzt werden. In der Fig. 13 sind drei Kammer 3 in einer Gehäuseeinheit und in Kopplung mit einer Welle 4 dargestellt. Im Gehäuse sind neben den beiden seitlichen Hilfselementen 1A und 2A, die die profilierten Kammerseitenflächen tragen, Zwischenelemente 1-2A vorgesehen, die zwei profilierte Seitenflächen tragen. Bei der Verwendung der in Fig. 13 gezeigten Einheit als Pumpe braucht die Welle 4 nicht mit einer äIsseren Antriebskraft beaufschlagt zu werden. Vorzugsweise wird eine der Kammern mit Druckfluid, vorzugsweise Druckflüssigkeit, beaufschlagt und liefert den Antrieb für die beiden anderen als Pumpe arbeitenden Kammern.
Die zuvor beschriebenen Varianten der Grundausführung der Vorrichtung der Erfindung dienen vorzugsweise dem Betrieb mit Flüssigkeiten. Sie können jedoch gleicherweise für den Betrieb mit Gasen eingesetzt werden. So können diese Vorrichtung mit besonders guten Ergebnissen als Kompressoren eingesetzt werden. Dazu sind vorzugsweise jedoch Änderungen der Einlass- und Auslaßsysteme empfehlenswert, so dass vor dem Gasauslass eine erhöhte Kompressions des Gases rtattfindet. In der in Fig. 14 gezeigten Ausbildung der Erfindung ist der Auslass so ausgebildet und angeordnet, dass das im maximalen Kammerzonenvolumen, das in Fig. 14 schraffiert dargestellt ist, eingeschlossene Gasvolumen auf das in der durch den Bogen C angedeuteten Winkelstellung der Schieber 7 definierte Volumen komprimiert wird. Obwohl der durch die Schieber aufgespannte Bogen C unverändert 12° beträgt, ist das von ihnen eingeschlossene Volumen doch wesentlich kleiner als das in Fig. 14 schraffiert gezeigte Volumen, da das in Dreh richtung vorn liegende Ende der Kammer gegen das Maximum P des Kammerseitenflächenprofils hin aufwärts geneigt ist. Auf diese Weise werden ohne Schwierigkeiten Kompressionsverhältnisse von bis zu 10 : 1 erreicht. Höhere Kompressionen können in mehrstufigen Einheiten beispielsweise in der in den Figuren 15 und 16 gezeigten Kombination, vorzugsweise unter Ausbildung der Vorrichtung in der in Fig. 17 gezeigten Weise, erzielt werden. Das aus der einen Zone der Kammer auf der einen Seite der Scheibe 5 austretende komprimierte Gas (Fig. 15) wird in den Einlaßstutzen der anderen Zone der Einheit auf der anderen Seite der Scheibe 5 (Fig. 16) gegeben.
Diese zweite Zone der Einheit weist ein kleineres Volumen als die erste Zone der Einheit auf. Die erforderliche Volumenverringerung wird vorzugsweise durch eine auf der Scheibe 5 und auf der Welle 4 aufgebrachte zylindrische Verstärkung 16 bewirkt, die das effektive Nutzvolumen der zweiten Zone der Kammer auf der zweiten Seite der Scheibe 5 verkleinert. Wenn also auf der ersten Seite der Scheibe in der ersten Zone eine Kompression von 10 : 1 erfolgt, beispielsweise also eine Verminderung des Volumens von 100 ml auf 10 ml, dann erfolgt in der zweiten Zone auf der gegenüberliegenden Seite der Scheibe 5 eine weitere Kompression im Verhältnis 10 : 1, also auf ein Endvolumen von 1 ml.In den beiden Stufen wird also eine Gesamtverdichtung im Verhältnis von 100 : 1 erzielt. Das komprimierte Gas wird vorzugsweise in einen Speicher tank abgegeben und kann von dort vom Verbraucher entnommen werden. Gewünschtenfalls können die Druckstutzen 12 mitRückschlagventilen ausgerüstet werden.
Für den Betrieb der Vorrichtung bei hohen Drücken oder unter Betriebsbedingungen, bei denen eine besonders gute Dichtung kritisch ist, kann die Scheibe in der in Fig. 4 gezeigten Weise ausgebildet sein und mit dem Gehäuse zusammenwirken. In der Mantelfläche der zylindrischen Kammer ist eine Ringnut 17 ausgebildet, in die die Scheibe 15 mit ausreichend grossem Durchmesser zentrosymmetrisch eingreift. Das Spiel zwischen den peripheren Seitenflächen der Scheibe 5 und den Seitenflächen der Ringnut 17 wird durch Ringdichtungen 18 abgedichtet.
Weiterhin kann in der in Fig. 19 gezeigten Weise auch die Welle 4 eine Nut 19 aufweisen, die als Gleitführung für den oder die Schieber 7 dient. Ausserdem weisen die Schieberenden vorzugsweise seitliche Vorsprünge 20 auf, die vom Wellenlager aufgenommen werden. Ausserdem können die Schieber in axialer Verlängerung der radial äusseren Kenten Vorsprünge 21 aufweisen, die der zylindrischen Mantelfläche der Kammer anliegen. Diese Vorsprünge 21 werden zusammen mit der radial äusseren Kante des Schiebers in axialen Nuten 25 eines radial äusseren Zylinderringes 24 der Schieberträgerscheibe 5 aufgenommen. Der Zylinderring 24 läuft in einer komplementär ausgebildeten kreisringförmigen Ausnehmung 22 der Kammerseitenflächen.
Zur Dichtung des Spiels zwischen den Oberflächen der Schiebervorsprünge 20 und 21 einerseits und des Wellenlagers und der kreisringförmigen Ausnehmungen 22 andererseits sind vorzugsweise Dichtungen 23 vorgesehen.
Vorzugsweise liegen die Dichtungen in Nuten, die das gleiche Profil wie die entsprechenden Kammerseitenflächen 8 aufweisen.
Die Dichtung der seitlichen Enden und der radial inneren und äusseren Kanten der Schieber kann in den verschiedensten Weisen bewirkt werden. Eine Ausbildung eines einstückigen Schiebers ist in Fig. 20 dargestellt. Die seitlichen Enden des Schiebers, die an den Kammerseitenflächen dichtend laufen, weisen Dichtungslippen auf. Fiir die Praxis werden derzeit jedoch mehrteilige Schieber der in den Figuren 21 bis 24 und 26 bis 28 gezeigten Art bevorzugt. Den Figuren sind die entsprechenden Einzelteile und ihr Zusammenwirken zu entnehmen. Gegenüber der in Fig. 20 gezeigten einstückigen Ausbildung eines Schiebers ist der in Fig. 21 gezeigte zweiteilige Schieber etwa mittig bei 24 in zwei Teile geteilt. Beide Teile 7A und 7B greifen mit Feder 25 und Nut 26 ineinander Vorzugsweise sind die Seitenflächen der Feder 25 und die Seitenflächen der Nut 26 durch eine Dichtung gegeneinander gedichtet.
Die Vorsprünge 20 des Schiebers 7 sind einstückig mit je einem Schieberteil 7A bzw. 7B verbunden.
In der Fig. 22 ist eine weitere Ausbildung des in Fig. 21 gezeigten Schiebers dargestellt. Jeder der Schieberteile 7A und 7B ist auf einem Gleiter 27 angeordnet. Zwischen dem Gleiter 27 und dem auf ihm aufsitzenden Schieberteil ist vorzugsweise eine Feder angeordnet, die die Aussenkante des Schiebers bzw. des jeweiligen Schieberteils gegen die Zylindermantelfläche der Kammer zwingt. Eine solche Feder 28 ist in Fig. 23 näher gezeigt0 Die in Fig. 23 dargestellte Feder ist eine wellig ausgebildete Blattfeder.
Es können jedoch auch andere Federformen verwendet werden.
Statt der Federn können auch elastische Polster eingesetzt werden0 In der Fig. 23 ist weiterhin eine entsprechende Feder 29 dargestellt, die die beiden Teile des Schiebers axial auswärts zwingt, so dass die beiden Seitenenden mit den Dichtungslippen 32 dichtend auf die Kammerseitenflächen 8 gezwungen werden.
In der in Fig. 23 gezeigten Ausbildung des Schiebers ist weiterhin gezeigt, dass die Schiebervorsprünge 20 statt einstückig angeformt zu sein auch als getrennte Blöcke ausgebildet sein können, die zwischen den seitlichen Enden des Schiebers und einem radialen Vorsprung 30 jedes der Gleiter 27 gehaltert sind.
Eine weitere Ausbildung des Schiebers ist in Fig. 24 gezeigt, in der ein einzelner Subschieber 31 in einer Nut eines ansonsten im wesentlichen einstückig ausgebildeten Schiebers 7 gehaltert und geführt ist. Der Subschieber 31 wird durch in der Zeichnung nicht dargestellte Federn axial auswärts gezwungen. Diese Federn sind vorzugsweise analog der Feder 28 (Fig. 23) ausgebildet.
Vorzugsweise ist die Dichtungslippe 32 der seitlichen Schieberenden nicht symmetrisch zur Dicke des Schiebers angeordnet. Durch eine solche zur Dicke nicht symmetrischen Anordnung der Dichtungslippen wird eine Verminderung des Wirkungsgrades bei Kompressionszyklen vermieden. Der dieser Wirkungsweise zugrunde liegende Mechanismus ist in der Fig. 25 verdeutlicht. Die Fig. 25 ist eine vergrösserte Ausschnittsdarstellung. Der Schieber 7 ist praktisch vollständig in den Schlitz 6 der Scheibe 5 zurückgeführt, wenn die Dichtungslippe 32 über das Profilmaximum P der Kammerseitenfläche geführt wird. Durch einen Teil des Kammerseitenflächenprofils, der kürzeren Seite der Dichtungslippenflanke und der oberen peripheren Seitenfläche des Schlitzes 6 wird ein prismatisches Volumen V gebildet, das mit dem Schieber 7 läuft. Dieses Volumen V kann vernachlässigbar klein gehalten werden, wenn die Dichtungslippe 32 praktisch unmittelbar auf der in Laufwichtung vorderen Kante der seitlichen Endfläche ausgebildet ist. Aus praktischen Gründen ist jedoch eine Ausbildung der Lippe direkt auf der Kante nicht empfehlenswert. Mit zunehmender Verschiebung der Dichtungslippe 32 zur Mitte oder zur rückwärtigen Kante des Schiebers hin nimmt auch das mitgeführte, den Wirkungsgrad vermindernde Volumen V zu. Eine relativ dicht hinter der Vorderkante der seitlichen Endfläche des Schiebers angeordnete Dichtungslippe 32 hat sich als optimal erwiesen. Vorzugsweise teilt die Dichtungslippe die seitliche Endfläche des Schiebers bezüglich der Dicke des Schiebers etwa im Verhältnis 1 : 2.
Bei der in Fig. 20 gezeigten mittigen Ausbildung der Dichtungslippe wird ein Schieber erhalten,der optimal für abwechselnden Betrieb in beiden Laufrichtungen bestimmt ist. Die Ausbildung der Dichtungslippe in der in Fig. 27 gezeigten Weise führt dagegen zu Schiebern 7, die vorzugsweise in der in Fig. 27 durch den Pfeil angedeuteten Umlaufrichtung verwendet werden.
Eine weitere Variation des Schiebers ist in Fig.28 darstellt. Dieser Schieber ist wesentlich durch die Einfügung von zwei Subschiebern 31A und 31B an jeder Seite des Schiebers 7 gekennzeichnet. Während der Subschieber 31A als Kompressionsdichtung dient, dient der Subschieber 31B als Ölabstreifer. Das vom Subschieber 31B abgestreifte Ö1 wird zur Schmierung vorzugsweise in den Zwischenraum zwischen den beiden Subschiebern eingepumpt und dient der Schmierung der aufeinander laufenden Teile des Schiebers und der Kammerseitenflächen.
Die Vorrichtung der Erfindung ist erfolgreich auch als Verbrennungskraftmaschine einsetzbar. So kann die Vorrichtung beispielsweise mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch angetrieben werden, das durch Funkenzündung oder Kompression gezündet werden kann. In einer weiteren Ausbildung der Vorrichtung als Verbrennungskraftmaschine kann ein Luftkompressionstakt und die Injektion eines Dieser kraftstoffes in die komprimierte Luft vorgesehen sein, so dass eine Druckzündung hervorgerufen wird. Eine weitere Variante der Vorrichtung der Erfindung als Verbrennungskraftmaschine ist die Einspritzung von Benzin in die komprimierte Luft in Verbindung mit einer Funkenzündung.
Ein Ausfilhrungsbeispiel der Vorrichtung der Erfindung als Verbrennungskraftmaschine ist in den Figuren 29 bis 35 schematisch beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, bei der ein Brennstoff-Luft-Gemisch durch einen Zündfunken, beispielsweise von einer Zündkerze, gezündet wird.
In der in Fig. 29 gezeigten Ausbildung der Erfindung (Schieher nicht dargestellt) wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch durch den Ansaugstutzen 11 und den Einlassöffnungsbereich 13 in die Zone auf der einen Seite der Schieherträgerscheibe angesaugt und in dieser Zone komprimiert.
Das komprimierte Gemisch wird über ein Rückschlagventil 33 in einen Zwischenbehälter 34 überführt, von wo es den Zünd- und Expansionszonen der Maschine auf der gegenüberliegenden Seite der Schieberträgerscheibe über ein Rückschlagventil 35 zugeführt wird. Das Rückschlagventil 33 verhindert einen Rückfluss des Gasgemisches in die Kompressionszone, wenn der Druck in dieser Zone unter den Druck im Behälter 34 abfällt. Das Rückschlagventil 35 verhindert den Rückfluss des Gasgemisches in den Behälter 34 beim Druckaufbau in der Verbrennungszone auf Werte, die über dem Druck im Behälter 34 liegen. Diese Druckbeziehung steuert auch die durch das Ventil 35 der Verbrennungszone zuführbare Gemischmenge.
Das Ventil 35 dient gleichzeitig als Sicherung gegen ein Zuriickschlagen der Flamme aus der Verbrennungszone in Richtung auf den Behälter 34, was zu einer Zündung des dort zwischengespeicherten komprimierten Gemisches führen würde.
Im Einlasstakt (Fig. 30) wird das komprimierte Kraftstoff-Luft- Gemisch aus dem Zwischenbehälter 34 in den Raum zwischen dem Schieber 7 und der Dichtuncjslinie auf dem Profilmaximum P eingelassen. Wenn der Schieber die in Fig 31 gezeigte Stellung erreicht hat, steht die Verbrennungszone mit den Elektroden einer Zündkerze 36 in Verbindung. In diesem Augenblick zündet die Kerze das Gemisch, wodurch hinter dem Schieber 7 eine Antriebskraft erzeugt wird, die die Welle 4 in Richtung des Pfeiles treibt. Durch den im Anschluss an die Zündung aufgebauten Druck in der Verbrennungszone wird das Ventil 35 geschlossen.
In den folgenden Taktphasen dehnt sich dann das gezündete Gemisch aus (Fig. 32 und 33), wobei unmittelbar nach Erreichen des grössten Zonenvolumens der Auslass durch den Auslassöffnungsbereich 14 und den AuslaBstutzen 12 erfolgt (Figuren 34 und 35).
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Betrieb der Vorrichtung als Verbrennungskraftmaschine ist in Fig. 36 schematisch dargestellt. Die gezeigte Verbrennungskraftmaschine ist ein l)ieselmotor, bei dem der Kraftstoff in eine stark komprimierte Luft unter Druckzündung über eine Einspritzdüse 36A eingespritzt wird. Alternativ dazu kann statt des Dieselkraftstoffes ein Kerosin oder Benzin durch eine Einspritzdüse 36S3 in weniger stark komprimierte Luft eingespritzt werden, wobei bei dieser Ausbildung der Erfindung das Gemisch in geeigneter Weise gezündet wird.
Die zeitliche IXoordinierung der Einspritzung und der Zündung wird in an sich bekannter Weise bewirkt.
imine für kontinu:Erlichen Verbrennuncjshetrieb bestimmte Vorrichtung nach Art einer Heissgasmaschine ist in Fig. 37 schematisch dargestellt. Komprimierte Luft wird vom Druckstutzen 12 der ersten Kompressionszone in einen Zwischenspeicher 34 überführt und von dort in einen I3renner 37 abgegeben, in dem sie mit Brennstoff oder Kraftstoff aus einer Zuleitung 38 vermischt wird. Die Verbrennung erfolgt kontinuierlich an Brenner 37 mit einem Luftüberschuss, der eine vollstcindige VerbrennunJ des Brennstoffes oder Kraftstoffes sicherstellt. Durch das heisse Gas wird auf die Schieber 7 eine antreibende Kraft ausgeübt, die diese auf die Welle 4 in Form einer Drehbewegung übertragen.
In allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen dient der Zwischenspeicher 34 im wesentlichen als Puffer zum Ausgleich von Druckschwankungen der den na-hifolgenden Betriebsphasen zugeführten Druckphase. Solche pulsierenden Druckschwankungen sind auf die Art der in der Kompressionszone der Maschine bewirkten Kompression @ ückzuführen.
Die Kammerseitenflächen der Vorrichtung der Lrfindung können jedoch auch Profile mit mehr als einem Profilmaximurn aufweisen. In den Figuren 33 bis 40 sind Kammerseitenflächen 8 mit je zwei Maxima P und zwei Minima 10 des Flächenprofils dargestellt. Es werden drei Schieber verwendet. Auf diese Weise werden zu jeder Seite der Scheibe 5 zwei Arheitszonen statt jeweils nur einer Arbeitszone, wie zuvor beschrieben, erhalten. Die Anordnung der insgesamt vier Zoneneinlässe 11 und der insgesamt vier Zonenauslässe 12, die jeweils zm 900 gegeneinander versetzt sind, ist den Figuren 39 und 40 zu entnehmen.
In den Figuren 41 bis 43 ist schliesslich eine Vorrichtung mit je vier Profilmaxima auf den Kaumflächen der Zylinderkammerseitenflächen dargestellt. Dadurch werden insgesamt acht Arbeitszonen mit je einem zugeordneten Einlass und einem zugeordneten Auslass erhalten. Für einen effektiven Betrieb einer solchen Vorrichtung werden vorzugsweise Schieber in einer Anzahl verwendet, die grösser als die Zahl der Profilmaxima der Kammerseitenflächen ist.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung haben aus Gründen dss besseren Verständnisses Massnahmen zur Kühlung oder Schmierung der Bauteile der Vorrichtung ausser acht gelassen. Solche Massnahmen sind jedoch an sich bekannt und können von Fachmann ohne erfinderisches Zutun vorgesehen werden.
In der Fig. 44 ist im Querschnitt eine Seitensicht einer Grundbauform der Vorrichtung der Erfindung als Verbrennungskraftmaschine dargestellt. Aus Gründen der Deutlichkeit sind die Schieber, der Vergaser und die Zündanlage sowie Einlass- und Auslassverteiler nicht dargestellt.
Die Welle 4 weist in Form einer Bohrung einen Ölkanal 39 auf, durch den das Öl über eine Eingangskupplung 40 in anschliessende Ölkanäle gelangt, aus denen es an die zu schmierenden Bereiche gelangt, Solche Bereiche sind beispielsweise die Flächen zwischen den Schiebern und den Gegenflächen, auf denen sie laufen. Das Gehäuseteil 2 ist weiterhin mit einem Wassermantel 41 versehen, der wie das Gehäuse stationär ist. Das Kühlwasser wird durch einen Zulauf 42 eingeführt, läuft durch Kanäle 43 in das Reservoir 44 und wird durch Zentrifugalkräfte durch radiale Bohrungen 45 in der Schieberträgerscheibe in einen Ringkanal 46 und von dort durch einen Auslass 47 abgefiihrt. Gewünschtenfalls können Wasserdichtungen 48 vorgesehen sein.
Die Welle 4 (Fig. 44) ist in Lagern 49 gelagert, die in den Gehäuseteilen 1 und 2 eingespannt sind. Die Gehäuseteile 1 und 2 sind durch Bolzen 50 miteinander verschraubt.
Durch diese Schraubverbindung wird gleichzeitig der Kühlwassermantel auf das Gehäuse aufgezogen.
Der Wirkungsgrad der Vorrichtung der Erfindung kann für den Einsatz im Bereich hoher Kompressionslasten, beispielsweise also als Kompressor oder Verbrennungskraftmaschine, durch spezielle Anpassungen der einzelnen Elemente der Vorrichtung wesentlich erhöht werden. Solche Anpassungen und Verbesserungen für den Spezialzweck betreffen im wesentlichen die bessere Dichtung der Schieber.
Eine solche bevorugte Ausbildung betrifft im Rahmen einer Verbrennungskraftmaschine die Verbesserung der Dichtungswirkung auf der Kompressorseite der Vorrichtung,ohne dass dazu mechanische Dichtungen erforderlich sind. In die Kompressionszonen wird Ö1 zum Zweck der Dichtung jeglichen Spiels zwischen den Bauteilen eingeführt. Das Ö1 wird im Zwischenspeicher zwischen der Kompressionszone und der Verbrennungszone von der komprimierten Luft getrennt.
Die Druckluft im Zwischenspeicher dient gleichzeitig zur Förderung des Öls durch die entsprechenden Ölkanäle zurück zur Kompressionszone bzw. zu den übrigen Schmierstellen. Das solcherart geführte Öl dient gleichzeitig in der Kompressionszone als Kühlmittel.
Weitere bevorzugte Ausbildungen der Erfindung betreffen insbesondere die Ausgestaltung der Schieber und der Schieberträger.
In der Fig. 45 ist ein zweiteiliger Schieber 51 mit einem Zwischenboden 52 dargestellt. Der Zwischenboden 52 weist eine Längsnut 53 zur Aufnahme der Feder 54 auf, die den Schieber 51 radial auswärts zwingt. Dadurch wird ein dichtendes Anliegen der Fläche 55 an die Zylinderfläche der Kammer erzielt. Die radial äussere Fläche 56 der seitlichen Schiebervorsprünge werden durch die Feder 54 ebenfalls radial auswärts gegen die Zylindermantelfläche der Bohrungen in den Kammerseitenflächen in der im Zusammenhang mit Fig. 23 beschriebenen Weise gezwungen.
Beide Flächen werden also in der erforderlichen Weise bis zum dichtenden Anschlag gegen die ihnen zugeordneten Gehäuseflächen gezwungen. Dadurch erübrigen sich auch die in Fig. 23 gezeigten Führungsvorsprünge 20.
Der Zwischenboden 52 weist radial auswärts weisende Rippen 57 auf, auf denen die Schieberteile aufliegen. Durch die Verwendung solcher Rippen 57 wird der axiale Reibungswiderstand bei der Bewegung der Schieber 51 relativ zum Zwischenboden 52 vermindert.
In der Fig. 46 ist ein insgesamt vierteiliger aus einem jeweils zweiteiligen Doppelschieber bestehender Schieber dargestellt. Die einzelnen Teile 58, 59 und 60, 61 des Doppelschiebers liegen auf einem zweiteiligen Zwischenboden. Der Teilzwischenboden 62 ist der Schieberteilkombination 58, 59 und der Teilzwischenboden 63 der Schieberteilkombination 60, 61 zugeordnet. Jedem der Zwischenböden 62 und 63 ist je eine eigene Feder 64 bzw. 65 zugeordnet.
In der Fig. 47 sind schematisch die Dichtungsvorteile dargestellt, die durch die in Fig. 46 dargestellte Doppelschieberanordnung erzielt werden können. Die verbesserte Dichtungswirkung kommt insbesondere zwischen den seitlichen Endflächen der Schieberteile und den profilierten Flächen der Kammerseitenwände 66 zum Tragen.
Die in Fig. 47 dargestellten Pfeile geben die 4Dichtung der Uruckströmung der Gase aus aer Verbrennungszone wieder.
Die Leckgase werden absichtlich in Pereiche geführt, wo sie die Dichtung der Schieberteile gegenüber den Kammerseitenwänden 66 und gegeniiber den Seitenflächen des den Schieber führenden Schlitzes 67 in der Schieberträgerscheibe 68 verbessern. Insbesondere ist dabei vorzugsweise der Abstand Y für alle möglichen Stellungen während der Bewegungsphasen des Schiebers stets kleiner als der Abstand X.
Dadurch sind zu jeder Zeit die Schieberteile 60 und 61 seitlich durch die Seitenflächen des Schlitzes 67 in der Scheibe 68 gehaltert und gefiihrt.
In der Fig. 48 ist eine weitere Ausbildung eines Vierkomponentenschiebers mit einem Zwischenboden 69 dargestellt.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die eine Hälfte des längsgeteilten Schiebers, die ihrerseits aus den Schieberteilen 60, 61 besteht, mit einer Kehlung 70 versehen. Diese Kehlung 70 greift über eine seitliche Führungsschiene 71 des Zwischenbodens 69. In einer Längsnut 73 des Zwischenhodens 69 ist eine einzige Feder 72 eingepasst.
Die in \?in. 48 dargestellte Ausbildung der Schieberanordnung wird vorzugsweise mit einer in Fig. 49 gezeigten Scheibe und Welle 74 eingesetzt. Die Welle 74 weist eine radiale Verstärkung 75 auf, die mit einer Nut 76 zur Aufnahme der Schieberkombination und des Zwischenbodens 69 versehen ist.
Auf der Seite der Verbrennungszone der Scheibe ist die Wellenverstärkung 75 mit einer Kerbe 77 zur Aufnahme der Wellendichtung 78 versehen, die durch eine Feder 69 aufwärts gezwungen wird, die ihrerseits in einer Längsnut 80 der Dichtung 78 eingepasst ist. Bohrungen 81 dienen dem Leckdurchtritt des komprimierten Gases in den Raum unter der Dichtung 78 zur Verstärkung der durch die Feder bewirkten Andruckkraft.
Im zusammengebauten Zustand wird ein Dichtunysring 82 durch einen Endabstandhalter 83 gegen die Seitenfläche der W7ellenverstärkung 75 gezwungen. Dieser Dichtungsring 82 dichtet gleichfalls zur Seitenfläche der Dichtung 7 und zu den Seitenflächen der Schieberführung ab. Dadurch wird die gesamte Schieheranordnung gedichtet.
Eine Ausführungsform einer Dichtung, die die Dichtung zwischen der Scheibe und dem Profilmaximum der Kammerseitenflächen verbessert ist in Fig. 50 dargestellt. Bin Dichtungsstreifen 85 ist im Profilmaximum P der Kammerseitenflächen eingepasst. Der Dichtungsstreifen bzw. die Packung wird durch eine Feder 87 gegen die Scheibe 86 gezwungen. Zusätzliche Dichtungsringe 88 und 89, die durch einen Streifen 90 auf die Scheibe 86 gezwungen werden, können ebenfalls eingesetzt werden.
Bei der Ausbildung der Vorrichtung der Erfindung als Verbrennungskraftmaschine kann das Kompressionsverhältnis in einfacher Weise nach Bedarf eingestellt werden. Diese Einstellung des Kompressionsverhältnisses zum Zündungszeitpunkt kann durch die zdtliche Fixierung des Ziindpunktes oder bei Auslegung des Motors als Dieselmotor durch den Zeitpunkt der Kraftstoffinjektion bestimmt werden. Solche Kompressionseinstellungen können in ausserordentlich einfacher Weise bei stehendem oder selbst bei laufendem Motor von Hand oder automatisch vorgenommen werden.
Die Flexibilität eines solchen Motors ermöglicht seinen Betrieb mit praktisch jedem Treibstoff oder jedem Treibstoffgemisch. So kann ein solcher Motor beispielsweise mit leichter Last mit einem ersten Treibstoff und unter schwerer Last mit einem zweiten Treibstoff wahlweise betrieben werden. Ein Lastkraftwagen könnte so bei Lehrfahrten beispielsweise mit einem ersten und bei fahrten mit voller Ladung mit einem zweiten Kraftstoff getrieben werden.
Die Verbrennungskraftmaschine kann weiterhin in einfacher Weise an ein Sekundärverbrennungssystem angepasst werden, nach dem Luft in die Verbrennungszone nach Beginn der Verbrennung, jedoch vor dem Erreichen der maximalen Expansion, eingeleitet und der Funken einer zweiten Zündanlage die Zündung zur Nachverbrennung unverbrannten Brennstoffs dienen kann. Auf diese Weise würde durch die Zuführung unverbrauchter frischer Luft auch bei der ersten Zündung unverbrannter Brennstoff vollständig nachverbrannt werden.
Durch diese Auslegung der Verbrennungskraftmaschine mit Sekundärzündung können umweltfreundliche Abgase erzielt werden, die frei von jeglichen unverbrannten Gasrückständen sind. Das wird beispielsweise in der Weise erreicht, dass man brennbares Gas oder ein sehr reiches Brennstoff-Luft-Gemisch in die Verbrennungszone zu Beginn der Verbrennungszone direkt hinter dem führenden Schieber der Zone eindrückt.
Diese Injektion erfolgt vorzugsweise im Bereich der ersten 10 bis 150 des Winkelweges des Schiebers nach dem Profilmaximum P der profilierten Kammerseitenflächen.
Wenn die Einlassöffnung für das Gas in die Verbrennungszone der Maschine teilweise reduziert wird, wird die Ausbildung eines Unterdruckes in der nach jedem dur chlaufenden Schieber neu gebildeten sich vergrössernden Zone wesentlich unterstützt, so dass der Kraftstoffeinlass ohne den Einsatz von unter relativ hohem Druck stehenden Düsen möglich ist.
Solche Injektionsdüsen wären erforderlich, wenn anders ein Kraftstoff in eine auf etwa 10,5 kp/cm² vorgespannte Atmosphäre eingespritzt werden sollte.
Ein zweiter Hauptlufteinlass mit beispielsweise 10,5 kp/crn2 öffnet sich in den sich vergrössernden Arbeitsraum durch eine grosse Einlassöffnung, die mit einem Rückschlagventil oder einer anderen Venilausbildung unter etwa 450 nach dem Profilmaximum P angeordnet ist. Durch diese Einlassöffnung wird der Arbeitsraum weiter aufgefüllt, bis die gewünschte Kompression beispielsweise von 8,5 : 1 erreicht ist, wenn der Schieber eine Stellung von etwa 700 nach dem Profilmaximum P erreicht hat, wobei zu dem Zeitpunkt, zu dem der Schieber diese Winkelstellung erreicht hat, die Zündung erfolgt.
Die Flammenfortpflanzung erfolgt in Richtung der Rotation der Schieber und beginnt an der Zündstelle, in der Regel einer Zündkerze, bei etwa 10 bis 150 nach dem Profilmaximum.
An dieser Stelle ist das Kraftstoffgemisch besonders reich und zur Auslösung einer Verbrennung ideal. Die Flamme setzt sich dann durch einen Bereich eines ideal mageren Kraftstoffgemisches fort. Durch diese Art der Zündung und der Flammenfortpflanzung wird praktisch eine vollständige Verbrennung des Kraftstoffgemisches erreicht. Es bleibt kein unverbranntes Gas zurück. Ausserdem erzeugt der nachfolgende Schieber, der über das Profilmaximum P läuft und die Rückwand der Verbrennungskammer bildet, einen Strömungswirbel in der Verbrennungskammer. In diesem Wirbel werden Luft und mageres Gemisch aus dem vorderen Teil der Verbrennungskammer in den rückwärtigen Teil der Kammer überführt, so dass auch das vor dem rückwärtigen Schieber der Kammer liegende fette Gemisch vollständig verbrannt wird.
In der im Zusammenhang mit den Figuren 29, 36 und 37 beschriebenen Vorrichtung dient eine Zone der Vorrichtung der Kor,lpression, während die andere Zone der Verbrennung und der Expansion dient. Zur Vermeidung grosser Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Einlass- und Auslassöffnungen oder Zonen, wobei solche hohen Temperaturunterschiede sowohl aus thermodynamischer Sicht als auch aus der Sicht der Materialbelastung durch thermische Spannungen nicht wünschenswert sind, wird vorzugsweise eine Einheit der Vorrichtung zur Kompression der Luft oder des Gemisches in einen Zwischenspeicher und eine zweite Einheit der Vorrichtung ausschliesslich für die Verbrennung und die Ausdehnung des Treibgemisches eingesetzt.

Claims

P a t e n t a n 5 p r ü c h e

1. Energiewandler mit einer drehbar in einer im wesentlichen zylindrischen Kammer in einem Gehäuse gelagerten Drehschieberanordnung, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehschieberanordnung eine Welle und eine zwischen deren Enden formschlüssig angeordnete sich radial erstreckende den oder die Schieber tragende Scheibe gleichmässiger Dicke enthält, dass die Scheibe mindestens einen in Richtung der Achse der Welle durchgehenden Schlitz aufweist, dass in dem Schlitz ein Schieber verschiebbar gehaltert ist, dass der Schieber von gleichmässiger Dicke und im wesentlichen rechtwinklig ausgebildet ist und zwei einander gegenüberliegende Hauptflächen, eine radial innere und eine radial äussere Kante und zwei seitliche, senkrecht zur Welle stehende Enden aufweist, wobei die Länge des Schiebers von seinem einem zum gegenüberliegenden seitlichen Ende grösser als die Dicke der den Schieber führenden Scheibe ist, dass die Kammer einander gegenüberliegende seitliche Endflächen mit einander komplementärem Profil und zentralen Öffnungen zur Aufnahme je eines der zu beiden Seiten der Scheibe liegenden Teile der, Welle aufweist, dass das Profil der Kammerseitenflächen im wesentlichen sinusförmig mit gleicher Anzahl von Maxima und Minima ausgebildet ist, dass der Abstand der Kammerseitenflächen voneinander praktisch gleich der Länge des Schiebers ist, dass der Abstand der Profilmaxima beider Kammerseitenflächen voneinander in Richtung der Achse der Welle im wesentlichen gleich der Dicke der Scheibe ist, dass die senkrecht zur Achse der Welle stehenden Endflächen oder -kanten des Schiebers dicht an den profilierten Kammerseitenflächenanliegen, dass die innere Kante des Schiebers der Mantelfläche der Welle und die äussere Kante des Schiebers der zylindrischen Mantelfläche der Kammer anliegen, so dass beim Umlauf der Welle der Schieber durch seinen dichtenden Gleiteingriff mit den profilierten Kammerseitenflächen in Richtung der Achse der Welle hin und her geführt wird, wobei die Kanten des Schiebers dichtend mit der Welle und mit der Kammermantelfläche im Eingriff stehen und die Hauptflächen dichtend mit den Seitenflächen des Schlitzes in der Scheibe im Eingriff stehen, und dass die Kammerzonen zu jeder Seite der Schieberträgerscheibe Einlass- und Auslassöffnungen aufweisen.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe mindestens zwei regulär über den Winkelbereich von 360° verteilte Schieber trägt.

3. Wandler nach einem. der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindermantelkammerwand eine periphere Ringnut aufweist, in der zentrosymmetrisch die Peripherie der Scheibe läuft, die über die radiale Aussenkante der Schieber hinausragt, und dass in der Ringnut Dichtungen vorgesehen sind, die den in der Ringnut laufenden Flächen der Scheibe dichtend anliegen.

4. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen wunden der Schieber Dichtungsvorrichtungen tragen, mit denen sie dichtend auf den profilierten Kamerseitenflächen laufen.

5. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Schieber zwei- oder mehrteilig ausgebildet ist und dass die einzelnen Teile in Richtung auf die Wandungsflächen der Kammer zu auseinandergedrückt werden, um so eine gute Dichtung zwischen den Schieberseiten und den Kammerwandungen zu erzeugen.

6. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schlitz in der Scheibe Dichtungen enthält, die den Hauptflächen des in ihnen gelagerten Schiebers anliegen, um die Zonen der Kammer zu jeder Seite der Scheibe voneinander abzudichten.

7. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle auf ihrer Aussenfläche axiale Nuten trägt, die der Anzahl der Schieber entspricht und zu diesen ausgerichtet ist, und der Aufnahme der radial inneren Kanten der Schieber dient.

8. andler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieber über ihre seitlichen Endflächen hinausragende Vorsprünge tragen, die in zentrale Öffnungen der profilierten Kammrseitenwände hineinragen.

9. Energiewandler nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Dichtungen in den Öffnungen der profilierten Kammerseitenwände zur Dichtung gegen die Vorsprünge der Schieber.

10. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe einen peripheren Kreiszylinderring trägt und dass die axial äusseren Kanten dieses Zylinderringes in Kreisringnuten in den Kammerseitenflächen laufen, die konzentrisch zur Welle angeordnet sind.

11. Wandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die radial inneren Flächen des Kreiszylinderringes nach Massgabe der Schieber ausgerichtete axiale Nuten zur Aufnahme und Fiihrung der radial äusseren Kanten der Schieber aufweist.

12. Wandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Axialnuten des Kreiszylinderringes der Scheibe hineinreichenden Teile der seitlichen Ende des bzw. der Schieber Vorsprünge aufweisen, die über die seitlichen Begrenzungen der Schieber hinaus in die Kreisringnuten in den Kammerseitenwänden hineinragen.

13. Wandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen in dn Kreisringnuten der aInmrseitenwände auch den in die Nuten hineinragenden Vorsprüngen der Schieber anliegen.

14. Wandler nach Anspruch 7 oder 11, gekennzeichnet durch Dichtungsmittel zur Dichtung des Spiels zwischen den Seiten der Nuten und den in den Nuten geführten Teilen der Schieberseitenflächen.

15. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch Mittel, die unter der radial iIl; en Kante der Schieber angeordnet sind und die Schieber radial nach aussen dichtend gegen die Zylinderwand der Kammer zwingen.

16. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass der auf einer Seite der Scheibe liegenden Zone (Primärzone) durch einen Kanal mit dem Einlass der auf der gegenüberliegenden Seite der Scheibe liegenden Zone (Sekundarzone) verbunden ist und dass in diesem Kanal ein Rückschlagventil liegt.

17. Wandler nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch zwei Rückschlagventile in dem die Zonen verhindenden Kanal, wobei eines der beiden Ventile unmittelbar hinter dem Ausgang der Primärzone und das andere unmittelbar vor dem Eingang in die Sekundarzone liegt.

123. Wandler nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen Funkengenerator in der Sekundärzone in dem in Drehrichtung der Schieber angrenzenden Winkelbereich hinter dem Einlass.

19. Wandler nach einem der Ansprüche 17 oder 18, Wenn zeichnet durch Mittel zur Brennstoff- oder Ilraftstoffeinführung in die Sekundärzone angrenzend an das inlassventil.

20. Wandler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal einen Brenner enthält, in dem das von der Primärzone übergeleitete Gas vor dem Eintritt in die Sekundärzone verbrannt wird.

21. Wandler nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner auch dem Vermischen der komprimierten Luft aus der Primärzone mit einem Brennstoff aus einem externen Versorgungstank vor der eigentlichen Verbrennung des Gas-Brennstoff-Gemisches dient.

22. Wandler nach einem der Ansprüche 2 bis 21, gekennzeichnet durch mehrere Profilmaxima auf jeder der Kammerseitenwände und eine gleiche Anzahl von Profilminima, durch eine Anzahl von Schieber, die zumindest gleich der Anzahl der Profilmaxima ist, und durch je mindestens eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung für die Kammerzonen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Prof ilmaxima.

23. Wandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schieberteile durch Druckgas auseinandergezwungen werden, das aus der Kompressionszone vor oder hinter dem Schieber in den Zwischenraum zwischen den Schieberteilen geführt wird.

24. Wandler nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Profilmaxima der Kammerseitenflächen radial ausgerichtete Dichtungen angebracht sind, die reibend und gleitend auf die Seitenflächen der Scheibe gezwungen werden.

L e e r s e i t e