DE10319895A1 - Rotationsschwenkkolbenmotor und Verfahren zum Betreiben eines Rotationsschwenkkolbenmotors - Google Patents

Abstract

Bekannte H¶2¶-Motore mit Rotationsschwenkkolben weisen bezüglich einer kontrollierten Verbrennung, im Verschleiß, der Abdichtung und der hohen Verbrennungstemperaturen Nachteile auf. DOLLAR A Bei dem neuen Verfahren und der Anordnung zum Betreiben eines Rotationsschwenkkolbenmotors, mit einem Gehäuse (1) und einem Rotor (3), weist ein mittlerer Bereich einer Innenbohrung (2) des Gehäuses (1) Ausformungen (5) auf, die zwischen Rotor (3) und Gehäuse (1) mindestens drei Kammern (4) bilden. Auf dem Umfang des Rotors (3) schwenken mindestens fünf Schwenkkolben (6) aus, die die drei Kammern (4) in Arbeitskammern unterteilen, deren Größe bei einer Umdrehung des Rotors (3) entsprechend aufeinanderfolgende Arbeitstakte verändert wird, wobei im ersten Takt durch Düsen (7) die Prozessgase eingeleitet werden, durch Selbst- oder Zwangszündung reagieren, einen Expansionsdruck gegen einen der Schwenkkolben (6) erzeugen und anschließend im zweiten Takt durch die Rückseite eines nachfolgenden Schwenkkolbens (6) die Verbrennungsgase als Abgas über eine Auslassbohrung (8) aus der Arbeitskammer gedrückt werden. Auf die Schwenkkolben (6) wirkt ständig ein Druckgas, vorzugsweise das Abgas, das von innen über die Rotorwelle (10) zugeleitet wird. Gleichzeitig wird das Gehäuse (1) während der Arbeitstakte durch mindestens eine Prozessgaskomponente gekühlt.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Rotationsschwenkkolbenmotor und ein Verfahren zum Betreiben eines Rotationsschwenkkolbenmotors, bei dem in einem Gehäuse ein Rotationskolben angeordnet und zwischen einer Innenwand des Gehäuses und dem Rotationskolben ein Raum gebildet ist, der durch am Umfang des Rotationskolbens tangential gelagerte Schwenkkolben, die gegen die Gehäuseinnenwand gedrückt werden, in Arbeitskammern unterteilt ist. Derartige Rotationsschwenkkolbenmotore dienen vorzugsweise zum Betrieb mit einem Wasserstoff-Knallgasgemisch.
• Ein Rotationsschwenkkolbenmotor der eingangs genannten Art ist aus dem Patent DE 38 09 386 C2 bekannt. Der Rotationskolben ist mit auf seinem Umfang verteilten Füllkammern versehen, die über Dichtklappen, die gleichzeitig als Schwenkkolben dienen, verschließbar sind. Die Füllkammern werden aus einem Innenraum des Rotors heraus über Füllkanäle und Ventile mit einem unter Druck stehenden Treibgas versorgt, als Bestandteil der Arbeitskammern über an der Gehäuseinnenwand vorgesehene Nocken durch die Schwenkkolben geschlossen und geöffnet und über Rückschlagventile befüllt, die durch den aus dem Innenraum des Rotors erzeugten Treibgasdruck geöffnet werden. Außerdem sind den Füllkanälen druckraumseitig Füllventile zugeordnet, die durch die Schwenkkolben betätigt werden.
• Die Anordnung, dass jeder Füllkammer paarweise Ventile zugeordnet sind, gestaltet den Motor kompliziert und störanfällig. Die Lagerung der Schwenkkolben mittels eines Lagerstiftes ist hohen Belastungen ausgesetzt und durch die Art des Brenngases (Wasserstoff- Sauerstoff- Gemisch) einer hohen Korrosion unterworfen. Außerdem ist die Zuführung der Treibgase über die Motorwelle und einem Innenraum des Rotors, was zwar eine gute Kühlung schaffen soll, problematisch.
• Des weiteren ist aus der DE 195 35 860 A1 ein Wasserstoff Rotationskolbenmotor bekannt, bei dem die auf dem Umfang des Rotationskolbens verteilten Schwenkkolben, hier ebenfalls als Dichtklappen bezeichnet, in den Rotationskolben einschwenkbar sind und durch Federkraft gegen die Innenwand des Gehäuses gepresst werden. Die Peripherie der Gehäuseinnenwand, welche den Raum zwischen dem Kolben und dem Gehäuse durch Steuernocken in Arbeitskammern unterteilt, ist jeweils jede Arbeitskammer mit einem Düsensatz für die Treibgaszuführung und einem Ablasskanal mit einem Rückschlagventil bestückt.
• Nachteilig an dieser Lösung ist, wie bei der zuvor genannten Erfindung, die Lagerung der Schwenkkolben und der Einsatz der Druckfedern, die ebenfalls einem hohen Verschleiß unterworfen sind.
• Ferner beschreibt die Lösung nach DE 196 54 849 A1 hinsichtlich der Abdichtung der Dichtklappen bzw. Schwenkkolben eine Verbesserung gegenüber der DE 195 35 860 A1 , ohne aber deren grundsätzlichen Nachteile zu beseitigen.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Rotationsschwenkkolbenmotors sowie einem Rotationsschwenkkolbenmotor zu schaffen, der in optimaler Weise eine kontrollierte Verbrennung von Wasserstoff gewährleistet, eine gute Kühlung garantiert und dessen Aufbau einfach und robust gestaltet ist.
• Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des 1. Patentanspruchs und hinsichtlich der Vorrichtung mit den Merkmalen des 5. Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Der Rotationsschwenkkolbenmotor, der insbesondere als sogenannter Wasserstoffmotor für den kontrollierten Betrieb mit einem Wasserstoff Sauerstoff-Knallgasgemisch ausgelegt ist, besteht im wesentlichen aus einem zylinderförmigen Gehäuse in dem sich ein zylinderförmiger Rotor dreht, auf dessen Umfang in gleichmäßigen Abständen Schwenkkolben angelenkt sind.
• Die für die Aufnahme des Rotors notwendige Bohrung im Gehäuse weist in einem mittleren Bereich Ausformungen auf, die zwischen dem Rotor und dem Gehäuse mindestens drei gleichartige Arbeitskammern bilden, in die die Schwenkkolben ausschwenken.
• Die Ausformungen der Gehäuseinnenbohrung sind axial ausgerichtete, zylindrisch gewölbte Ein- und Ausbuchtungen mit stetigen Übergängen.
• Die Schwenkkolben besitzen im wesentlichen die Form von Zylinderausschnitten, die mit ihren Zentiwinkelspitzen am Umfang des Rotors angelenkt sind und in entsprechende Ausnehmungen, die als Schwenkkolbenkammern bezeichnet sind, einschwenken.
• Die Bogenfläche des Zylinderausschnittes ist derart bemessen, dass auch bei einem maximalen Ausschwenkwinkel α, der durch den maximalen Abstand der Rotoroberfläche zur tiefsten Stelle der Ausformungen in der Gehäusebohrung bestimmt ist, die Schwenkkolbenkammern durch die Schwenkkolben vollständig abgedichtet sind.
• Für eine optimale, hohe Belastungen aufnehmende Lagerung sind die Zentiwinkelspitzen der Schwenkkolben abgeschnitten und sphärisch nach innen gewölbt. Die so geformten Wölbungen sind über Schwenkradien derart am Umfang des Rotors gelagert, dass die Schwenkkolben vollständig in die Schwenkkolbenkammern einschwenkbar sind und im eingeschwenkten Zustand mit dem Rotor eine gemeinsame Oberfläche bilden.
• Jede der Arbeitskammern besitzt in Drehrichtung des Rotors an ihrem Anfang Einspritzdüsen für die Reaktionsgase und am Ende einen Auslasskanal für die Abgase. Bei einem Wasserstoffmotor sind die Reaktionsgase Wasserstoff und Sauerstoff und das Abgas ist dementsprechend Wasserdampf.
• Eine vorteilhafte Arbeitsweise für den Rotationsschwenkkolbenmotor ergibt sich bei einer Anordnung von fünf Schwenkkolben, die die Arbeitskammern bei einer Umdrehung des Rotors entsprechend aufeinanderfolgender Arbeitstakte abwechselnd vergrößern und verkleinern, wobei in einem ersten Takt durch Einspritzdüsen die Prozessgase eingeleitet werden, durch Selbst- oder Zwangszündung reagieren und einen Expansionsdruck gegen einen der Schwenkkolben erzeugen und anschließend in einem zweiten Takt durch die Rückseite eines nachfolgenden Schwenkkolbens die Verbrennungsgase als Abgase über einen Abgaskanal aus der Arbeitskammer gedrückt werden, die Schwenkkolben in die Schwenkkolbenkammern des Rotors abgedichtet einschwenken und durch einen aus dem Inneren des Rotors erzeugten Druck und durch Fliehkräfte gegen die Innenwand des Gehäuses drücken.
• Erfindungsgemäß wird für den Druckaufbau im Inneren des Rotors der Abgasdruck der Verbrennungsgase genutzt, der koaxial durch eine Antriebswellenbohrung in den Rotor eingeleitet und aus der koaxialen Antriebswellenbohrung über radiale Kanäle in die Schwenkkolbenkammern eingeleitet wird. Es ist aber auch möglich, ein anderes unter Druck stehendes Gas zu verwenden.
• In einer vorteilhaften Ausführungsform wird mindestens eine Prozessgaskomponente vor Einleitung in die Arbeitskammern zur Kühlung des Gehäuses benutzt. Dabei ist es zweckmäßig, dass gleichzeitig die Abgase im Gegenstromprinzip zu den Prozessgasen gekühlt werden.
• Die Schwenkkolben werden über Dichtleisten gegenüber den Schwenkkolbenkammern und den Seitenwänden, der durch die Ausformungen der Innenbohrung gebildeten Kammern, abgedichtet.
• Die Dichtleisten sind vorzugsweise in ihrem Querschnitt eiförmig gestaltet und mit ihren dickeren Ende in entsprechende Nuten an den Schwenkkolben eingepasst.
• Die Nuten für die Dichtleisten werden von ihrer Rückseite her über Kanäle, die mit den Schwenkkolbenkammern und/oder den Arbeitskammern in Verbindung stehen mit Abgasdruck und/oder Prozessgasdruck beaufschlagt und so gegen die abzudichtenden Flächen gepresst.
• Die Schwenkkolben schwenken in Drehrichtung des Rotors, wobei eine in die Schwenkkolbenkammern eintauchende radiale Fläche der Schwenkkolben mit dem durch das Innere des Rotors geleiteten Abgasdruck und die Bogenflächen der Schwenkkolben mit dem Expansionsdruck der reagierenden Prozessgase beaufschlagt werden.
• In einer vorteilhaften Ausführung sind an den in die Schwenkkolbenkammern eintauchenden radialen Flächen und an den Bogenflächen der Schwenkkolben Einwölbungen für eine bessere Druckverteilung eingebracht, in die gleichzeitig die Kanäle für die Aufrechterhaltung des Dichtleistendruckes führen.
• An Hand von Zeichnungen wird schematisch der Aufbau und die Wirkungsweise der Erfindung beispielhaft erläutert.
• Es zeigen:
• 1 den Rotationsschwenkflügelmotor in einem radialen Schnitt A – A gemäß 3,
• 2 die besondere Gestaltung der Innenbohrung des Gehäuses im Schritt A – A,
• 3 den Rotationsschwenkflügelmotor in einem axialen Schnitt B – B gemäß 1,
• 4 den mittleren Teil des Rotors des Rotationsschwenkflügelmotors in einer perspektivischen Ansicht,
• 5 eine vergrößerte Darstellung eines Schwenkkolbens mit den Aufnahmenuten für Dichtleisten und
• 6 die Darstellung einer bevorzugten Ausführung einer Dichtleiste in einer Dichtleistennute.
• Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise des Rotationsschwenkflügelmotors ist aus 1 bis 3 zu entnehmen.
• 1 zeigt den Rotationsschwenkflügelmotor in einem radialen Schnitt A – A gemäß 3. Er besteht aus einem Rotor 3, der sich innerhalb eines Gehäuses 1 in einer Innenbohrung 2 dreht. Die Gehäuseinnenbohrung 2 weist Ausformungen 5 auf, die zwischen dem Rotor 3 und dem Gehäuse 1 drei gleichartige Kammern 4 bilden, die in einem mittleren Bereich der Gehäuseinnenbohrung 2 gleichmäßig verteilt sind. Die Ausformungen 5 der Gehäuseinnenbohrung 2 sind axial zum Rotor 3 ausgerichtete, zylindrisch gewölbte Ein- und Ausbuchtungen mit stetigen Übergängen und die jeweils höchsten Erhebungen 28 zwischen zwei Ausformungen 5 berühren den Rotor 3.
• Am Umfang des Rotors 3 sind fünf Schwenkkolben 6 tangential angelenkt, die in entsprechende Schwenkkolbenkammern 12 ein und in die Kammern 4 ausgeschwenkt werden. Die Schwenkkolben 6 unterteilen so die drei Kammern 4 in Arbeitskammern, deren Größe bei einer Umdrehung des Rotors 3 entsprechend aufeinanderfolgender Arbeitstakte verändert wird, wobei in einem ersten Takt durch Düsen 7 die Prozessgase eingeleitet werden, durch Selbst- oder Zwangszündung reagieren und einen Expansionsdruck gegen einen der Schwenkkolben 6 erzeugen und anschließend in einem zweiten Takt durch die Rückseite 23 eines nachfolgenden Schwenkkolbens 6 die Verbrennungsgase als Abgase über eine Auslassbohrung 8 und den Auslasskanal 9 aus der Arbeitskammer gedrückt werden.
• Die Schwenkkolben 6 besitzen vorteilhaft die Form von Zylinderausschnitten, die mit den Spitzen ihrer Zentiwinkel 17 am Umfang des Rotors 3 gelagert sind und die Bogenflächen 16 der Zylinderausschnitte sind derart bemessen, dass bei jedem Schwenkwinkel α die Schwenkkolbenkammern 12 über die in den Rotor 3 eintauchenden Radiusflächen 18 abgedichtet sind.
• Die Schwenkkolben 6 sind an ihren Zentiwinkelspitzen 17 über Schwenkradien 19 am Umfang des Rotors 3 derart gleitend gelagert, dass die Schwenkkolben 6 vollständig in die Schwenkkolbenkammern 12 einschwenken können und im eingeschwenkten Zustand mit dem Rotor 3 eine gemeinsame Oberfläche bilden.
• Damit die Schwenkkolben 6 sicher gegen die Wand der Gehäuseinnenbohrung 2 bzw. eine Steuerkante 11 in der Gehäuseinnenwand 2 gedrückt werden, wirkt ständig auf sie ein Druckgas, das von innen durch eine axiale Wellenbohrung 14, über die Rotorwelle 10, einem zentralen Druckraum 13 und über radiale Kanäle 15 den fünf Schwenkkolbenkammern 12 zugeleitet wird. Die Steuerkante 11 ist Bestandteil der Gehäuseinnenbohrung 2, jedoch auf eine notwendige Breite reduziert und deshalb nicht schraffiert gezeichnet, damit die Abgase ungehindert vorbeiströmen können.
• Zusätzlich sind an den Bogenflächen 16 und an den Radiusflächen 18 der Schwenkkolben 6 Einwölbungen 24, 25 zur besseren Druckverteilung angeordnet. Dabei ist die Einwölbung 25 der Radiusfläche 18 und die Einwölbung 24 der Bogenfläche 16 zugeordnet.
• Zur Abdichtung gegenüber den Schwenkkolbenkammern 12 und den Seitenwänden, der durch die Ausformungen 5 der Gehäuseinnenbohrung 2 gebildeten Kammern 4, sind an den Schwenkkolben 6 Dichtleisten 20 eingebracht.
• Ebenso sind an den Stellen der höchsten Erhebungen 28 der Gehäuseinnenbohrung 2, die den Rotor 3 berühren, zur Abdichtung der Kammern 4 gegeneinander Dichtleisten 29 mit Dichtleistenkanälen 30 angeordnet. An diesen Stellen 28 werden die Schwenkkolben 6 vollständig in die Schwenkkolbenkammern 12 eingeschwenkt.
• Die Einspeisung der Prozessgase über die Düsensätze 7 erfolgt durch elektronisch gesteuerte Ventile über eine zentrale Steuereinheit (hier nicht dargestellt). H₂ und O₂ werden nacheinander in einem gasförmigen Zustand unter einem geeigneten Überdruck (ca.1,5 bar) eingespeist, wobei zusätzlich über die dargestellte dritte Düse H₂O unmittelbar nach der Zündphase und unter Ausnutzung der Verbrennungstemperatur eingespeist werden kann.
• Die Prozessgase H₂ und O₂, die tiefstgekühlt im flüssigen Zustand aus Behältern oder Tanks entnommen werden, werden zuvor erwärmt und nur in einem gasförmigen Zustand den Düsen zugeführt. Dabei erhöht sich gleichzeitig der Druck. Die Erwärmung der Prozessgase erfolgt vorteilhaft durch eine gleichzeitige Kühlung des Gehäuses 1; natürlich nach Prozessgaskomponenten getrennt. Mindestens eine Prozessgaskomponente wird dafür durch Kühlkammern 26 innerhalb des Gehäuses 1 geleitet.
• Gleichzeitig werden dabei die heißen Abgase, die den Auslasskanal 9 zum Endauslass 27 hin durchströmen im Gegenstromprinzip zu den Prozessgasen bzw. einer Prozessgaskomponente gekühlt. Sie können außerdem zum Druckaufbau durch Zuleitung zur Druckkammer 13 im Zentrum des Rotors 3 genutzt werden.
• Im gleichen Schnitt A – A durch den Rotationsschwenkkolbenmotor wie in 1 ist in 2 die besondere Gestaltung der Innenbohrung 2 des Gehäuses 1 verdeutlicht. Auf den Rotor 3 mit seinen Schwenkkolben 6 wurde in dieser Darstellung verzichtet.
• In der Gehäuseinnenbohrung 2 sind deutlich die drei Ausformungen 5 für die Bildung der Arbeitskammern zu erkennen. Die Ausformungen 5 sind axial zur Rotorachse 31 ausgerichtet und in der Tiefe über einen mittleren Bereich des Rotors 3 begrenzt (zu erkennen in 3). Sie bilden an der Gehäuseinnenwand 2 zylindrisch gewölbte Ein- und Ausbuchtungen mit stetigen Übergängen, wobei die Stellen der höchsten Erhebungen 28 zwischen zwei Ausformungen 5 auf den Umfang des Rotors 3 hervorgewölbt sind.
• In Drehrichtung des Rotors 3 ist die Gehäuseinnenbohrung 2 entgegen der Uhrzeigerrichtung vor den höchsten Erhebungen 28 auf Steuerkanten 11 reduziert, um den Abgasen den Weg zu den Auslassbohrungen 8 freizugeben.
• In 3 ist der Rotationsschwenkflügelmotor in einem axialen Schnitt B – B gemäß 1 dargestellt. In der Innenbohrung 2 des Gehäuses 1 dreht sich der Rotor 3 mit der Rotorwelle 10 um die Rotorachse 31. In einem mittleren Bereich der Gehäuseinnenbohrung 2 sind drei Ausformungen 5 für die Kammern 4 eingebracht, von denen in der Schnittdarstellung 3 nur eine Kammer 4 zu erkennen ist. In diese Kammern 4 schwenken die am Umfang des Rotors 3 angelenkten Schwenkkolben 6, dargestellt in 1, aus. Ebenfalls ist nur einer der drei Düsensätze 7 für die Prozessgase zu sehen.
• Der Rotor 3 ist beidseitig durch mehrere lamellenartig angeordnete Dichtringe 32 abgedichtet. Im Gehäuse 1 sind um die Gehäuseinnenbohrung 2 herum die Kühlkammern 26 angeordnet. Links ist in 3 der konzentrisch um die Rotorwelle 10 angeordnete Auslasskanal 9 angedeutet. Die Verbindung zu den Auslassbohrungen 8 ist nicht dargestellt.
• Das Druckgas mit dem die Schwenkkolben 6 gegen die Gehäuseinnenwand 2 gedrückt werden, wird über radiale Wellenbohrungen 33, der axialen Wellenbohrung 14, dem Druckraum 13 zugeführt.
• 4 zeigt den mittleren Teil des Rotor 3, der sich im Bereich der Arbeitskammern 4 dreht, ohne Darstellung der Rotorabdichtungen 32 und der Schwenkkolben 6, in einer perspektivischen Ansicht. Auf dem Umfang des Rotors 3 sind die fünf Schwenkkolbenkammern 12 eingefräst. An den Schwenkkolbenkammern 12 befinden sich die peripher am Rotor angeordneten Schwenkradien 19 zur schwenkbaren Lagerung der Schwenkkolben 6.
• Im Zentrum des Rotors 3 ist der zentrale Druckraum 13 zu erkennen, der über radiale Kanäle 15 mit den Schwenkkolbenkammern 12 in Verbindung steht.
• Eine vergrößerte Darstellung eines Schwenkkolbens 6 ist aus 5 zu entnehmen. Der Schwenkkolben 6 besitzt annähernd die Form eines Zylinderausschnittes mit einer Bogenfläche 16, einem Zentiwinkel β und zwei Radiusflächen 18, 23, wobei die Radiusfläche 18 in den Rotor 3 einschwenkt und die Radiusfläche 23 den Arbeitskammern zugewandt ist. Da bei einem in den Rotor 3 eingeschwenkten Schwenkkolben 6 die Radiusfläche 23 mit dem Rotor 3 eine gemeinsame Oberfläche bildet, ist die Radiusfläche 23 leicht gewölbt ausgebildet.
• Die Zentiwinkelspitze 17 ist konkav zylinderförmig nach innen gewölbt und bildet somit eine Gleitlagerung mit einem am Umfang des Rotors 3 angeordneten Schwenkradius 19 (dargestellt in 1). Der Zentiwinkel β und somit auch die Bogenfläche 16 des Zylinderausschnittes ist derart bemessen, dass bei jedem Schwenkwinkel α, dargestellt in 1, die Schwenkkolbenkammer 12 über die in den Rotor 3 eintauchende Radiusfläche 18 abgedichtet ist.
• Zur Verbesserung einer Druckwirkung sind in der Bogenfläche 16 und in der Radiusfläche 18 Einwölbungen 24, 25 eingebracht. Neben den dargestellten zylinderförmigen Einwölbungen 24, 25 sind auch andere Formen möglich.
• Für die Abdichtung des Schwenkkolbens 6 gegenüber der Schwenkkolbenkammer 12 und den Seitenwänden der Arbeitskammern sind Aufnahmenuten 21 für Dichtleisten 20 eingebracht. Zur Gewährleistung einer guten Abdichtung werden die Dichtleistennuten 21 über Dichtleistenkanäle 22 mit Druck, der gegen die Dichtleisten 20 drückt, beaufschlagt, wobei der in der Schwenkkolbenkammer 12 und der in der Arbeitskammer 4 vorhandene Druck genutzt wird. In der Abbildung 5 sind die Dichtleistenkanäle 22, die die Form von Bohrungen besitzen, zweckmäßigerweise mit den Einwölbungen 24, 25 verbunden.
• Eine zweckmäßige Ausführung der Dichtleiste 20 in Anordnung in einer Dichtleistennute 21 ist aus 6 zu entnehmen. Die Dichtleiste 20 besitzt eine im Querschnitt konische, asymetrisch-ovale Form. Die Dichtleistennute 21 besitzt zur Aufnahme des dickeren Endes der Dichtleiste 20 ebenfalls eine im Querschnitt ovale oder auch runde Form mit einer verengten Öffnung. Dadurch wird ein sicherer Halt der Dichtleiste 20, eine gute Druckverteilung in der Dichtleistennute 21 und eine hochwertige Abdichtung erreicht. Durch die konische Form der Dichtleiste 20 und einem Passspiels in der Dichtleistennute 21 wird ein Festkanten verhindert und ein ständiger Dichteffekt gewährleistet.

1

Gehäuse

2

Gehäuseinnenbohrung

3

Rotor

4

Kammern

5

Ausformungen

6

Schwenkkolben

7

Düsensätze für Prozessgase

8

Auslassbohrungen

9

Auslasskanal

10

Rotorwelle

11

Steuerkanten

12

Schwenkkolbenkammern

13

Druckraum

14

Axiale Wellenbohrung

15

Radiale Kanäle

16

Bogenflächen

17

Zentiwinkelspitzen

18

Rotorseitige Radiusflächen der Schwenkkolben

19

Schwenkradien

20

Dichtleisten an den Schwenkkolben

21

Nuten für Dichtleisten

22

Dichtleistenkanäle

23

Arbeitskammernseitige Radiusflächen der Schwenkkolben

24

Einwölbungen in den Bogenflächen

25

Einwölbungen in den Radiusflächen

26

Kühlkammern

27

Endauslasskanal

28

Höchste Erhebungen der Gehäuseinnenbohrungen

29

Dichtleisten an den höchsten Erhebungen der Gehäuseinnenbohrungen

30

Dichtleistenkanäle zu den Dichtleisten an den höchsten Erhebungen der

Gehäuseinnenbohrungen

31

Rotorachse

32

Rotordichtung

33

Radiale Wellenbohrung

α

Maximaler Schwenkwinkel der Schwenkkolben

β

Zentiwinkel

Claims (16)

1. Verfahren zum Betreiben eines Rotationsschwenkkolbemnotors, insbesondere Wasserstoffmotor, bei dem sich in einer Innenbohrung (2) eines Gehäuses (1) ein Rotor (3) dreht und ein mittlerer Bereich der Innenbohrung (2) des Gehäuses (1) Ausformungen (5) aufweist, die zwischen dem Rotor (3) und dem Gehäuse (1) mindestens drei gleichartige Kammern (4) bilden, auf dem Umfang des Rotors (3) mindestens fünf Schwenkkolben (6) ausschwenken, die die mindestens drei Kammern (4) in Arbeitskammern unterteilen, deren Größe bei einer Umdrehung des Rotors (3) entsprechend aufeinanderfolgender Arbeitstakte verändert wird, wobei in einem ersten Takt durch Düsen (7) die Prozessgase eingeleitet werden, durch Selbst- oder Zwangszündung reagieren und einen Expansionsdruck gegen einen der Schwenkkolben (6) erzeugen und anschließend in einem zweiten Takt durch die Rückseite (23) eines nachfolgenden Schwenkkolbens (6) die Verbrennungsgase als Abgase über eine Auslassbohrung (8) und durch einen Auslasskanal (9) aus der Arbeitskammer gedrückt werden, auf die Schwenkkolben (6) ständig ein Druckgas wirkt, das von innen über die Rotorwelle (10) zugeleitet wird und die Schwenkkolben (6) gegen die Wand der Gehäuseinnenbohrung (2) bzw. einer Steuerkante (11) der Gehäuseinnenwand (2) drückt und das Gehäuse (1) während der Arbeitstakte gekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckgas der Abgasdruck genutzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung des Gehäuses (1) mindestens eine Prozessgaskomponente vor Einleitung in die Arbeitskammern genutzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase im Gegenstromprinzip zu den Prozessgasen gekühlt werden.
5. Rotationsschwenkkolbenmotor zur Nutzung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem kühlbaren Gehäuse (1) in dem in einer Innenbohrung (2) ein Rotor (3) drehbar angeordnet ist und die Innenbohrung (2) des Gehäuses (1) Ausfor mungen (5) aufweist, die zwischen dem Rotor (3) und dem Gehäuse (1) mindestens drei Kammern (4) bilden, auf dem Umfang des Rotors (3) mindestens fünf Schwenkkolben (6) schwenkbar angeordnet sind, die die mindestens drei Kammern (4) in fünf Arbeitskammern unterteilen, deren Größe bei einer Umdrehung des Rotors (3) entsprechend aufeinanderfolgender Arbeitstakte veränderbar ist, die Schwenkkolben (6) in Schwenkkolbenkammern (12) des Rotors (3) abgedichtet einschwenkbar sind, jede Kammer (4) mit einem Düsensatz (7) zum Einbringen der Prozessgase ausgerüstet ist und das Gehäuse (1) Kühlkammern (26), Auslassbohrungen (8) und einen Auslasskanal (9) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass im Zentrum des Rotors (3) ein Druckraum (13) angeordnet ist, der über eine axiale Wellenbohrung (14) mit einem Druckgasspeicher in Verbindung steht und zwischen dem zentralen Druckraum (13) und den Schwenkkolbenkammern (12) radiale Kanäle (15) angeordnet sind, wobei die Schwenkkolben (6) eine Form besitzen, dass selbst bei einem maximal möglichen Ausschwenkwinkel α die Schwenkkolbenkammern (12) abgedichtet sind.
6. Rotationsschwenkkolbenmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgas das Abgas ist.
7. Rotationsschwenkkolbenmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkkolben (6) die Form von Zylinderausschnitten besitzen, die mit den Spitzen (17) ihrer Zentiwinkel β am Umfang des Rotors (3) gelagert sind und die Bogenflächen (16) der Zylinderausschnitte derart bemessen sind, dass bei jedem Schwenkwinkel α die Schwenkkolbenkammern (12) über die in den Rotor (3) eintauchenden Radiusflächen (18) abgedichtet sind.
8. Rotationsschwenkkolbenmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentiwinkelspitzen (17) der Schwenkkolben (6) abgeschnitten und sphärisch nach innen gewölbt und über Schwenkradien (19) derart am Umfang des Rotors (3) gelagert sind, dass die Schwenkkolben (6) vollständig in die Schwenkkolbenkammern (12) einschwenkbar sind und im eingeschwenkten Zustand mit dem Rotor (3) eine gemeinsame Oberfläche bilden.
9. Rotationsschwenkkolbenmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformungen (5) der Gehäuseinnenbohrung (2) axial zum Rotor (3) ausgerichtete, zylindrisch gewölbte Ein- und Ausbuchtungen mit stetigen Übergängen sind und die höchsten Erhebungen (28) zwischen zwei Ausformungen (5) den Rotor (3) abgedichtet berühren.
10. Rotationsschwenkkolbenmotor nach Anspruch 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkkolben (6) über Dichtleisten (20) gegenüber den Schwenkkolbenkammern (12) und den Seitenwänden, der durch die Ausformungen (5) der Gehäuseinnenbohrung (2) gebildeten Kammern (4), abgedichtet sind.
11. Rotationsschwenkkolbenmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtleisten (20) im Querschnitt eiförmig gestaltet und mit ihren dickeren Enden in entsprechende Nuten (21) an den Schwenkkolben (6) eingepasst sind.
12. Rotationsschwenkkolbenmotor nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (21) für die Dichtleisten (20) von ihrer Rückseite her über Kanäle (22) mit den Schwenkkolbenkammern (12) und/oder den Arbeitskammern (4) in Verbindung stehen und so über den Abgasdruck und/oder Prozessgasdruck gegen die abzudichtenden Flächen gepresst sind.
13. Rotationsschwenkkolbenmotor nach Anspruch 5, 9, 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die höchsten Erhebungen (28) der Gehäuseinnenbohrung (2), die den Rotor (3) berühren, durch Dichtleisten (29) mit Dichtleistenkanälen (30), analog zu den Dichtleisten (20) der Schwenkkolben (6) abgedichtet sind.
14. Rotationsschwenkkolbenmotor nach Anspruch 5, 7, und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkkolben (6) an ihren Bogenflächen (16) und an den Radiusflächen (23), die die Schwenkkolbenkammern (12) abdichten, Einwölbungen (24, 25) besitzen.
15. Rotationsschwenkkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (1) konzentrisch zum Rotor (3) Kühlkammern (26) angeordnet sind, durch die der Rotationsschwenkkolbenmotor durch mindestens eine Prozessgaskomponente kühlbar ist.
16. Rotationsschwenkkolbenmotor nach Anspruch 1, 2 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkammern (26) zu dem Ablasskanal (9) im Gehäuse (1) parallel angeordnet sind.