DE19945679C1 - Wärmekraftmaschine - Google Patents

Abstract

Wärmekraftmaschinen leisten Arbeit, wobei Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt wird. DOLLAR A Die Wärmekraftmaschine, bei der im Zyklus Luft oder Heliumgas 8, als Arbeitsgas, erhitzt und abgekühlt wird, erreicht einen guten motorischen Wirkungsgrad, dadurch, daß in einem feststehenden Zylinder (1) mindestens drei Kolben (2, 3 u. 4) gasdicht und drehbar untergebracht sind. Das Arbeitsgas (8) wird während der Rotation vom Arbeitskolben (4) und vom Rand des Zylinderkopfes abgekühlt, danach in die Mitte des Zylinderkopfes zur Erhitzung transportiert und umgekehrt. Der Förderkolben (3) fördert abwechselnd kaltes und warmes Arbeitsgas und wird dabei automatisch zum Wärmetauscher. Die Erhitzung des Arbeitsgases erfolgt durch Vorbeistreichen an einem heißen Behälter (7). Die Abkühlung des Arbeitsgases erfolgt durch Vorbeistreichen an einem Behälter (6), der von kaltem Wasser oder von kalter Luft gekühlt wird. Gasdrücke infolge der Gaserhitzung bzw. -abkühlung werden über Rollen (17) auf Schienenkränze (16) geleitet und dort in Rotationsenergie umgewandelt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Motor bzw. ein Antriebs­ mittel.

Bei Wärmekraftmaschinen wird Wärmeenergie in mechanische Energie umgewandelt.

Die Betriebsmittel für Wärmekraftmaschinen sind verschieden. Die Wärmekraftmaschinen, welche Treibstoff verbrauchen, sind allge­ mein bekannt, z. B. als Benzin- und Dieselmotoren.

Die Wärmekraftmaschinen, welche Brennstoff verbrauchen, sind die Dampfmaschinen und Dampfturbinen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Wärmekraftmaschi­ ne, dessen Betriebsmittel eine Wärmequelle ist, wie z. B. heiße Flüssigkeit oder heiße Luft, wobei auf jeden Fall ein Thermo­ gefälle zu Kühlwasser oder Kühlluft gegeben sein muß.

Bei dieser Art von Wärmekraftmaschinen wird Luft oder Arbeits­ gas, wie Helium, im Zyklus erhitzt und abgekühlt in einem Zylin­ der. Bei der Erhitzung des Arbeitsgases werden Überdruckkräfte, und bei der Abkühlung des Arbeitsgases werden Unterdruckkräfte, in mechanische Energie umgewandelt.

Eine solche Wärmekraftmaschine ist aus Deutschem Patent Nr. 19854839 bekannt.

Der Vorteil dieser bekannten Wätmekraftmaschine ist der, daß mit nur zwei Kolben in einem Zylinder und mit wenigen Kolben­ stellungen (Takte) eine motorische Wirkung erzielt wird.

Diese Wärmekraftmaschine weist auch Nachteile auf mit der der­ zeitigen Konstruktion. So erfolgt bei diesen Wärmekraftmaschi­ nen die Erhitzung an einem Zylinderkopf und die Abkühlung an einem anderen Zylinderkopf. Das Arbeitsgas wird hierfür stetig unter Druckaufwand, und somit unter erheblichem Energieaufwand befördert. Ferner entsteht durch das vorhandene Arbeitsgas- Volumen, das zwischen den beiden Zylinderköpfen ist, und dabei nicht voll erhitzt und nicht voll abgekühlt wird, eine Schmä­ lerung des motorischen Wirkungsgrades.

Gegenstand der Erfindung ist, daß das gesamte Arbeitsgas, das zwischen dem Zylinderkopf und allen Kolben liegt, erhitzt bzw. abgekühlt wird. Ferner, daß das Arbeitsgas ohne besonderen Energieaufwand zur Erhitzung und zur Abkühlung befördert wird, und dadurch einen hohen motorischen Wirkungsgrad erreicht.

Erfindungsgemäß wird der hohe Wirkungsgrad bei diesen Wärme­ kraftmaschinen dadurch erreicht, daß in einem feststehenden Zylinder mindestens drei Kolben drehbar untergebracht sind, welche während der Rotation noch Hubbewegungen ausführen und hierbei das Arbeitsgas vom Zylinderkopfrand zur Zylinderkopf­ mitte, und umgekehrt, befördern.

Das Arbeitsgas wird am Rand des oberen Zylinderkopfes abge­ kühlt und am selben Zylinderkopf, im Mittelpunktbereich, auch erhitzt. Die Kolben in der Zylinder-Mitte und -Rand sind Ar­ beitskolben. Der zwischenliegende Kolben ist ein Wärmetauscher.

Die Abkühlung des Arbeitsgases erfolgt durch den Einbau eines Flüssigkeitsbehälters am Rand des Zylinderkopfes, der stetig mit kaltem Wasser bestückt wird, während die Kraftmaschine in Betrieb ist. Das Wasser ist auch von Luft oder Fahrtwind zu kühlen.

Die Erhitzung des Arbeitsgases erfolgt durch den Einbau eines Flüssigkeitsbehälters im Mittelpunktbereich des Zylinderkopfes. In diesem Bereich wird der Zylinderkopf halsartig ausgebildet, weil sich die kühleren Gasmoleküle am Halsmantel am besten er­ hitzen und danach in Richtung Drehachse strömen. Flüssigkeiten zur Gaserhitzung sind z. B. heißes Kühlwasser von Verbrennungsmo­ toren oder heißes Wasser von Sonnenkollektoren. Eine solche Flüs­ sigkeit ist auch von heißer Luft, Gas oder Abgas zu erhitzen.

Eine Vorerhitzung des Arbeitsgases erfolgt durch den Einbau des Kolbens zwischen den Arbeitskolben. Dieser Kolben fördert ab­ wechselnd kaltes und warmes Arbeitsgas, wodurch dieser Kolben und der darüberliegende Teil des Zylinderkopfes zum Wärmetau­ scher wird.

Die Vorerhitzung trägt besonders zum hohen motorischen Wirkungs­ grad bei.

Die bei der Erhitzung des Arbeitsgases entstehenden Überdruck­ kräfte und die bei der Abkühlung des Arbeitsgases entstehenden Unterdruckkräfte werden zunächst von den Kolben aufgenommen und von Rollen, die an den Kolben befestigt sind, an Schienenkränze weitergeleitet. Die Schienenkränze, welche auf Ständer stehen, weisen schiefe Ebenen auf. An den schiefen Ebenen werden die Hub­ bewegungen der Kolben gesteuert und gleichzeitig wird die Energie der Hubbewegungen in Rotationsenergie umgewandelt. Die mechani­ sche Energie wird durch ein gekoppelten elektrischen Generator in elektrische Energie umgewandelt.

Der Strom von der gewonnenen elektrischen Energie läßt sich in Akkumalatoren speichern oder gleich als motorischer Antrieb von Land- und Wasserfahrzeugen verwerten. In Haushalten kann der ge­ wonnene Strom auch für den Heizungszweck verwendet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispieles und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei

Abb. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Wärme­ kraftmaschine zeigt.

Abb. 2 zeigt im Schnitt schematisch sechs Stellungen (Takte) mit Kolben 2, 3 und 4 im Zylinder 1, bei einer Drehung der Kolben von 360 Grad.

Abb. 3 zeigt im Detail die Dichtungsart vom Kolbenmantel 4 zum feststehenden Zylinder 1.

Abb. 4 zeigt die kreisrunde Wärmekraftmaschine in perspek­ tivischer Darstellung.

In Abb. 1 sind drei drehbare und kreisrunde Kolben 2, 3 u. 4, die in einem fest angebrachten Zylinder 1 untergebracht sind, dargestellt. Die Drehachswelle 12 ist durch die Keilwelle 13 drehbar mit dem Kolben 2 verbunden. Alle Kolben untereinander sind ebenfalls durch eine Keilwellenvorrichtung verbunden. Die Achswelle 12 ist gasdicht und drehbar mit dem Zylinderboden ver­ bunden. Das Arbeitsgas 8 und das übrige Gas 9, das sich in dem Hubraum vom Kolben 4 und dem übrigen Raum befindet, wird durch ein Ventil 22 kurzfristig (ca 10 Grad Kolben-Drehung) auf glei­ chen Druck gebracht. Die Gaskühlung erfolgt am ringförmigen Be­ hälter 6, im Zylinderkopfbereich K (kalt). Dieser ist über dem Arbeitskolben 4, bzw. am Zylinderrand, in den Zylinderkopf ein­ gearbeitet. Die Gaserhitzung erfolgt am ringförmigen Behälter 7, am Mantel des Zylinderhalses, bzw. im Zylinderkopfbereich W (warm). Die Gasvorerhitzung erfolgt mit dem Förderkolben 3 und dessen Zylinderkopfteil. Die Kraftübertragung von Überdruck- und Unterdruckkräften erfolgt über die Rollen 17 zu den Schienen­ kränzen 16, die an den Ständern 15 befestigt sind; zur Energie­ umformung in Rotationsenergie.

Die Dichtung der Kolbenmäntel untereinander erfolgt durch den Einbau von Kolbenringen 21, und zusätzlich von Filzmänteln die auf einen der zu dichtenden Kolbenmantel geklebt wird. Die Dichtung des äußeren Kolbenmantels 4 zum Zylindermantel 1 erfolgt durch ein zusätzliches Mantelstück 5 mit Verzahnung. Die Schmierung der Laufteile erfolgt über das eingebrachte Öl 10, das zum Teil in Ölwannen 11 untergebracht ist, und zum Teil von der rotierenden Ölpumpe 14 an die erforderlichen Stellen be­ befördert wird. Das Ventil 22 ist nur bei der Grundstellung kurzfristig geöffnet. Diese ist dann gegeben, wenn das kalte Ar­ beitsgas sich im Hubraum vom Kolben 4 befindet. Die Wärmekraft­ maschine ist mit einem Anlasser 18 ausgestattet, um den Genera­ tor 19, sowie die Kolben 2, 3 u. 4 in Drehung zu versetzen, bis die Kolben im Schwung sind.

Aus Abb. 2 sind sechs Kolbenstellungen (Takte) ersicht­ lich, die sich bei Drehung der Achswelle 12, von 360 Grad, er­ geben. Im Kolben 2 bedeutet die a gleich die Hubhöhe des Ar­ beitsgases im Kaltzustand, und b gleich die zusätzliche Hub­ höhe im Warmzustand. Die Hubfläche von Kolben 3 und 4 ist dop­ pelt so groß, als die von Kolben 2, dargestellt, daher das Maß a/2. Mit der Wärmeisolierung 20 werden Wärmeverluste ver­ hindert.

Claims (4)

1. Wärmekraftmaschine, bei der leichtes Arbeitsgas (8) im Zyklus erhitzt und abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem feststehenden Zylinder (1) mindestens drei Kolben (2, 3 u. 4) drehbar untergebracht sind, die während ihrer Rotation noch Hubbewegungen ausführen und dabei das Arbeitsgas (11) vom Rand des Zylinderkopfes zum Mittel­ punkt dieses Zylinderkopfes, und umgekehrt, befördern.

2. Wärmekraftmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß im oberen Zylinderkopf des Zylinders (1) mehrere ringförmige Behälter (6 u. 7) gasdicht eingearbeitet sind, wobei der Zylinderkopf im Mittelbereich halsartig ausgebil­ det ist, in dessen Bereich (W) der Behälter (7), für die Gaserhitzung, eingearbeitet ist.

3. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß Rollen (17) an den Kolbenmäntel angebracht sind, und auf den Schienenkränzen (16), die auf Ständern (15) montiert sind, rollen, und dabei die Hubenergie der Kolben an die Schienenkränze (16) leiten, wo diese in Rotations­ energie umgewandelt werden.

4. Wärmekraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß ein zusätzlicher Kolbenmantelteil (5) mit Verzah­ nung eingebaut ist, der eine gasdichte Verbindung zwischen dem rotierenden Kolbenmantel (4) zum feststehenden Zylin­ dermantel (1) herstellt, wobei der Zylindermantel die Gegenverzahnung aufweist.