DE20306866U1 - Rotary swing piston motor, using an oxyhydrogen fuel mixture, has a center pressure zone at the rotor and structured piston shapes to seal their swing chambers on a maximum possible swing angle - Google Patents
Rotary swing piston motor, using an oxyhydrogen fuel mixture, has a center pressure zone at the rotor and structured piston shapes to seal their swing chambers on a maximum possible swing angleInfo
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Abstract
Description
[Gebrauchsmustermeldung][Utility model notification]
[Bezeichnung der Erfindung:] Rotationsschwenkkolbenmotor[Name of the invention:] Rotary oscillating piston engine
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[Beschreibung][Description]
Die Erfindung betrifft einen Rotationsschwenkkolbenmotor, 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 Arbeitskammera unterteilt ist. Derartige Rotationsschwenkkolbenmotore dienen vorzugsweise zum Betrieb mit einem Wasserstoff-Knallgasgemisch.The invention relates to a rotary oscillating piston engine in which a rotary piston is arranged in a housing and a space is formed between an inner wall of the housing and the rotary piston, which is divided into working chambers by rotary pistons mounted tangentially on the circumference of the rotary piston, which are pressed against the inner wall of the housing. Rotary oscillating piston engines of this type are preferably used for operation with a hydrogen-oxyhydrogen gas mixture.
[Stand der Technik][State of the art]
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.A rotary oscillating piston engine of the type mentioned above is known from patent DE 38 09 386 C2. The rotary piston is provided with filling chambers distributed around its circumference, which can be closed by sealing flaps that also serve as oscillating pistons. The filling chambers are supplied with a pressurized propellant gas from an interior of the rotor via filling channels and valves, are closed and opened by the oscillating pistons as part of the working chambers via cams provided on the inner wall of the housing, and are filled via check valves that are opened by the propellant gas pressure generated from the interior of the rotor. In addition, filling valves are assigned to the filling channels on the pressure chamber side, which are actuated by the oscillating pistons.
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.The arrangement of valves assigned to each filling chamber in pairs makes the engine complicated and prone to failure. The bearing of the pivoting pistons by means of a bearing pin is subject to high loads and is subject to high levels of corrosion due to the type of fuel gas (hydrogen-oxygen mixture). In addition, the supply of the propellant gases via the motor shaft and an interior of the rotor, which is intended to provide good cooling, is problematic.
Des weiteren ist aus der DE 195 35 860 Al 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 einemFurthermore, a hydrogen rotary piston engine is known from DE 195 35 860 A1, in which the swivel pistons distributed around the circumference of the rotary piston, also referred to here as sealing flaps, can be swiveled into the rotary piston and pressed against the inner wall of the housing by spring force. The periphery of the inner wall of the housing, which divides the space between the piston and the housing into working chambers by means of control cams, each working chamber is provided with a
V. 5'" V.5 '"
Düsensatz fiir die Treibgaszuführung und einem Ablasskanal mit einem Rückschlagventil bestückt.Nozzle set for the propellant gas supply and a drain channel equipped with a check valve.
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.The disadvantage of this solution, as with the previously mentioned invention, is the bearing of the pivoting pistons and the use of compression springs, which are also subject to high wear.
Ferner beschreibt die Lösung nach DE 196 54 849 Al hinsichtlich der Abdichtung der Dichtklappen bzw. Schwenkkolben eine Verbesserung gegenüber der DE 195 35 860 Al, ohne aber deren grundsätzlichen Nachteile zu beseitigen.Furthermore, the solution according to DE 196 54 849 Al describes an improvement over DE 195 35 860 Al with regard to the sealing of the sealing flaps or swivel pistons, but without eliminating its fundamental disadvantages.
[Aufgabe der Erfindung][Task of the invention]
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rotationsschwenkkolbenmotors zu schaffen, der in optimaler Weise eine kontrollierte Verbrennung von Wasserstoff gewährleistet, eine gute Kühlung garantiert und dessen Aufbau einfach und robust gestaltet ist.The object of the invention is to create a rotary piston engine which optimally ensures controlled combustion of hydrogen, guarantees good cooling and whose construction is simple and robust.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des 1. Schutzanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The problem is solved with the features of the first protection claim. Advantageous further developments and embodiments are the subject of the subclaims.
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.The rotary oscillating piston engine, which is designed in particular as a so-called hydrogen engine for controlled operation with a hydrogen-oxygen-oxygen mixture, essentially consists of a cylindrical housing in which a cylindrical rotor rotates, on the circumference of which oscillating pistons are hinged at regular intervals.
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.The bore in the housing required to accommodate the rotor has recesses in a central area which form at least three similar working chambers between the rotor and the housing into which the pivoting pistons pivot.
Die Ausformungen der Gehäuseinnenbohrung sind axial ausgerichtete, zylindrisch gewölbte Ein- und Ausbuchtungen mit stetigen Übergängen.The formations of the inner housing bore are axially aligned, cylindrically curved indentations and protrusions with continuous transitions.
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.The pivoting pistons essentially have the shape of cylinder cutouts, which are hinged with their centrifugal tips to the circumference of the rotor and pivot into corresponding recesses, which are referred to as pivoting piston chambers.
Die Bogenfläche des Zylinderausschnittes ist derart bemessen, dass auch bei einem maximalen Ausschwenkwinkel &agr;, 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.The arcuate surface of the cylinder cutout is dimensioned such that even at a maximum swivel angle α, which is determined by the maximum distance of the rotor surface to the lowest point of the formations in the housing bore, the swivel piston chambers are completely sealed by the swivel pistons.
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.For optimum bearings that can withstand high loads, the centi-angle tips of the swivel pistons are cut off and spherically curved inwards. The curved sections formed in this way are mounted on the circumference of the rotor via swivel radii in such a way that the swivel pistons can be completely swiveled into the swivel piston chambers and, when swiveled in, form a common surface with the rotor.
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.Each of the working chambers has injection nozzles for the reaction gases at the beginning in the direction of rotation of the rotor and an outlet channel for the exhaust gases at the end. In a hydrogen engine, the reaction gases are hydrogen and oxygen and the exhaust gas is therefore water vapor.
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.An advantageous mode of operation for the rotary oscillating piston engine is an arrangement of five oscillating pistons, which alternately enlarge and reduce the working chambers with one revolution of the rotor in accordance with successive working cycles, whereby in a first cycle the process gases are introduced through injection nozzles, react by self-ignition or forced ignition and generate an expansion pressure against one of the oscillating pistons and then in a second cycle the combustion gases are pressed out of the working chamber as exhaust gases via an exhaust duct through the back of a subsequent oscillating piston, the oscillating pistons swing in sealed into the oscillating piston chambers of the rotor and press against the inner wall of the housing by a pressure generated from the interior of the rotor and by centrifugal forces.
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.According to the invention, the exhaust pressure of the combustion gases is used to build up pressure inside the rotor. This pressure is introduced coaxially into the rotor through a drive shaft bore and from the coaxial drive shaft bore into the oscillating piston chambers via radial channels. However, it is also possible to use another pressurized gas.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird mindestens eine Prozessgaskomponente vor Einleitung in die Arbeitskammern zur Kühlung des Gehäuses benutzt. Dabei ist esIn an advantageous embodiment, at least one process gas component is used to cool the housing before being introduced into the working chambers.
zweckmäßig, dass gleichzeitig die Abgase im Gegenstromprinzip zu den Prozessgasen gekühlt werden.It is advisable that the exhaust gases are simultaneously cooled in countercurrent to the process gases.
Die Schwenkkolben werden über Dichtleisten gegenüber den Schwenkkolbenkammern und den Seitenwänden, der durch die Ausformungen der Innenbohrung gebildeten Kammern, abgedichtet.The swivel pistons are sealed by sealing strips against the swivel piston chambers and the side walls of the chambers formed by the shapes of the inner bore.
Die Dichtleisten sind vorzugsweise in ihrem Querschnitt eiförmig gestaltet und mit ihren dickeren Ende in entsprechende Nuten an den Schwenkkolben eingepasst.The sealing strips are preferably egg-shaped in their cross-section and are fitted with their thicker ends into corresponding grooves on the pivoting piston.
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.The grooves for the sealing strips are subjected to exhaust gas pressure and/or process gas pressure from their rear side via channels that are connected to the pivoting piston chambers and/or the working chambers and are thus pressed against the surfaces to be sealed.
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.The oscillating pistons oscillate in the direction of rotation of the rotor, whereby a radial surface of the oscillating pistons immersed in the oscillating piston chambers is subjected to the exhaust gas pressure conducted through the interior of the rotor and the arc surfaces of the oscillating pistons are subjected to the expansion pressure of the reacting process gases.
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.In an advantageous embodiment, the radial surfaces that penetrate into the pivoting piston chambers and the curved surfaces of the pivoting pistons are provided with indentations for better pressure distribution, into which the channels for maintaining the sealing strip pressure also lead.
[Beispiele][Examples]
An Hand von Zeichnungen wird schematisch der Aufbau und die Wirkungsweise der Erfindung beispielhaft erläutert.The structure and mode of operation of the invention are explained schematically by way of example with the aid of drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 den Rotationsschwenkflügehnotor in einem radialen Schnitt A-A gemäß Fig. 3, Fig. 1 the rotary oscillating wing motor in a radial section AA according to Fig. 3,
Fig. 2 die besondere Gestaltung der Innenbohrung des Gehäuses im Schnitt A-A, Fig. 3 den Rotationsschwenkflügehnotor in einem axialen Schnitt B-B gemäß Fig. 1, Fig. 2 the special design of the inner bore of the housing in section AA, Fig. 3 the rotary swivel motor in an axial section BB according to Fig. 1,
Fig. 4 den mittleren Teil des Rotors des Rotationsschwenkflügelmotors in einer perspektivischen Ansicht, Fig. 4 the middle part of the rotor of the rotary vane motor in a perspective view,
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Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung eines Schwenkkolbens mit den Aufhahmenuten für Dichtleisten und Fig. 5 an enlarged view of a swivel piston with the receiving grooves for sealing strips and
Fig. 6 die Darstellung einer bevorzugten Ausführung einer Dichtleiste in einer Dichtleistennute. Fig. 6 shows a preferred embodiment of a sealing strip in a sealing strip groove.
Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise des Rotationsschwenkflügelmotors ist aus Fig. 1 bis Fig.3 zu entnehmen.The basic structure and mode of operation of the rotary vane motor can be seen from Fig. 1 to Fig . 3.
Fig. 1 zeigt den Rotationsschwenkflügelmotor in einem radialen Schnitt A-A gemäß Fig. 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. Fig. 1 shows the rotary vane motor in a radial section AA according to Fig. 3. It consists of a rotor 3 that rotates within a housing 1 in an inner bore 2. The housing inner bore 2 has formations 5 that form three similar chambers 4 between the rotor 3 and the housing 1, which are evenly distributed in a central area of the housing inner bore 2. The formations 5 of the housing inner bore 2 are cylindrically curved indentations and protrusions with continuous transitions that are aligned axially to the rotor 3, and the highest elevations 28 between two formations 5 touch the 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.Five pivoting pistons 6 are tangentially connected to the circumference of the rotor 3 and are pivoted into and out of the corresponding pivoting piston chambers 12. The pivoting pistons 6 thus divide the three chambers 4 into working chambers, the size of which is changed with one rotation of the rotor 3 in accordance with successive working cycles, wherein in a first cycle the process gases are introduced through nozzles 7, react by self-ignition or forced ignition and generate an expansion pressure against one of the pivoting pistons 6 and then in a second cycle the combustion gases are pressed out of the working chamber as exhaust gases through an outlet bore 8 and the outlet channel 9 through the rear side 23 of a subsequent pivoting piston 6.
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 &agr; die Schwenkkolbenkammern 12 über die in den Rotor 3 eintauchenden Radiusflächen 18 abgedichtet sind.The pivoting pistons 6 advantageously have the shape of cylinder cutouts which are mounted with the tips of their centrifugal angles 17 on the circumference of the rotor 3 and the arc surfaces 16 of the cylinder cutouts are dimensioned such that at each pivoting angle α the pivoting piston chambers 12 are sealed via the radius surfaces 18 which penetrate into the rotor 3.
2 ! * 2 :r:2 ! * 2 :r:
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.The pivoting pistons 6 are slidably mounted at their centrifugal tips 17 via pivoting radii 19 on the circumference of the rotor 3 in such a way that the pivoting pistons 6 can pivot completely into the pivoting piston chambers 12 and, in the pivoted-in state, form a common surface with the rotor 3.
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.In order to ensure that the swivel pistons 6 are pressed securely against the wall of the housing inner bore 2 or a control edge 11 in the housing inner wall 2, they are constantly acted upon by a compressed gas which is fed from the inside through an axial shaft bore 14, via the rotor shaft 10, a central pressure chamber 13 and via radial channels 15 to the five swivel piston chambers 12. The control edge 11 is part of the housing inner bore 2, but is reduced to a necessary width and is therefore not shown hatched so that the exhaust gases can flow past unhindered.
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.In addition, bulges 24, 25 are arranged on the curved surfaces 16 and on the radius surfaces 18 of the pivoting pistons 6 for better pressure distribution. The bulge 25 is assigned to the radius surface 18 and the bulge 24 to the curved surface 16.
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.In order to seal the pivoting piston chambers 12 and the side walls of the chambers 4 formed by the formations 5 of the inner housing bore 2, sealing strips 20 are introduced into the pivoting piston 6.
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.Likewise, at the points of the highest elevations 28 of the housing inner bore 2, which touch the rotor 3, sealing strips 29 with sealing strip channels 30 are arranged to seal the chambers 4 against each other. At these points 28, the pivoting pistons 6 are pivoted completely into the pivoting piston chambers 12.
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.The process gases are fed in via the nozzle sets 7 by electronically controlled valves via a central control unit (not shown here). H2 and O2 are fed in successively in a gaseous state under a suitable overpressure (approx. 1.5 bar), whereby H2O can also be fed in via the third nozzle shown immediately after the ignition phase and using the combustion temperature.
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; natürlichThe process gases H2 and O2, which are taken from containers or tanks in a liquid state at the lowest temperature, are first heated and then fed to the nozzles in a gaseous state. The pressure increases at the same time. The heating of the process gases is advantageously achieved by simultaneously cooling the housing 1; of course
nach Prozessgaskomponenten getrennt. Mindestens eine Prozessgaskomponente wird dafür durch Kühlkammern 26 innerhalb des Gehäuses 1 geleitet.separated into process gas components. At least one process gas component is passed through cooling chambers 26 within the housing 1.
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.At the same time, the hot exhaust gases that flow through the outlet channel 9 to the end outlet 27 are cooled in the countercurrent principle to the process gases or a process gas component. They can also be used to build up pressure by feeding into the pressure chamber 13 in the center of the rotor 3.
Im gleichen Schnitt A-A durch den Rotationsschwenkkolbenmotor wie in Fig. 1 ist in Fig. 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 the same section A-A through the rotary oscillating piston engine as in Fig. 1, the special design of the inner bore 2 of the housing 1 is illustrated in Fig. 2. The rotor 3 with its oscillating pistons 6 has been omitted in this illustration.
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 Fig. 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.The three protrusions 5 for forming the working chambers can be clearly seen in the inner housing bore 2. The protrusions 5 are aligned axially to the rotor axis 31 and are limited in depth by a central region of the rotor 3 (as can be seen in Fig. 3). They form cylindrically curved indentations and protrusions with continuous transitions on the inner housing wall 2, with the points of the highest elevations 28 between two protrusions 5 protruding onto the circumference of the rotor 3.
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 the direction of rotation of the rotor 3, the housing inner bore 2 is reduced to control edges 11 in front of the highest elevations 28 in an anti-clockwise direction in order to clear the way for the exhaust gases to reach the outlet bores 8.
In Fig. 3 ist der Rotationsschwenkflügelmotor in einem axialen Schnitt B-B gemäß Fig. 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 Fig. 3 nur eine Kammer 4 zu erkennen ist. In diese Kammern 4 schwenken die am Umfang des Rotors 3 angelenkten Schwenkkolben 6, dargestellt in Fig. 1, aus. Ebenfalls ist nur einer der drei Düsensätze 7 für die Prozessgase zu sehen.In Fig. 3, the rotary vane motor is shown in an axial section B-B according to Fig. 1. In the inner bore 2 of the housing 1, the rotor 3 rotates with the rotor shaft 10 around the rotor axis 31. In a central area of the housing inner bore 2, three formations 5 for the chambers 4 are introduced, of which only one chamber 4 can be seen in the sectional view in Fig. 3. The pivoting pistons 6, shown in Fig. 1, which are hinged to the circumference of the rotor 3, pivot out into these chambers 4. Likewise, only one of the three nozzle sets 7 for the process gases can be seen.
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 Fig. 3 der konzentrisch um die Rotorwelle 10 angeordneteThe rotor 3 is sealed on both sides by several lamellar sealing rings 32. The cooling chambers 26 are arranged in the housing 1 around the inner housing bore 2. On the left in Fig. 3 is the cooling chamber 26 arranged concentrically around the rotor shaft 10.
Auslasskanal 9 angedeutet. Die Verbindung zu den Auslassbohrungen 8 ist nicht dargestellt. Outlet channel 9 is indicated. The connection to the outlet holes 8 is not shown.
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.The compressed gas with which the pivoting pistons 6 are pressed against the inner housing wall 2 is fed to the pressure chamber 13 via radial shaft bores 33, the axial shaft bore 14.
Fig. 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. Fig. 4 shows the middle part of the rotor 3, which rotates in the area of the working chambers 4, without showing the rotor seals 32 and the swivel pistons 6, in a perspective view. The five swivel piston chambers 12 are milled into the circumference of the rotor 3. The swivel radii 19 arranged peripherally on the rotor for swivel mounting of the swivel pistons 6 are located on the swivel piston chambers 12.
Im Zentrum des Rotors 3 ist der zentrale Druckraum 13 zu erkennen, der über radiale Kanäle 15 mit den Schwenkkolbenkammern 12 in Verbindung steht.In the center of the rotor 3, the central pressure chamber 13 can be seen, which is connected to the pivoting piston chambers 12 via radial channels 15.
Eine vergrößerte Darstellung eines Schwenkkolbens 6 ist aus Fig. S zu entnehmen. Der Schwenkkolben 6 besitzt annähernd die Form eines Zylinderausschnittes mit einer Bogenfläche 16, einem Zentiwinkel &bgr; und zwei Radiusflächen 18, 23, wobei die Radiusfläche 18 in den Rotor 3 einschwenkt und die Radiusfläche 23 den Arbeitskammera 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.An enlarged view of a swivel piston 6 can be seen in Fig. 5. The swivel piston 6 has approximately the shape of a cylinder section with an arc surface 16, a centi angle β and two radius surfaces 18, 23, whereby the radius surface 18 swivels into the rotor 3 and the radius surface 23 faces the working chambers. Since the radius surface 23 forms a common surface with the rotor 3 when the swivel piston 6 is swiveled into the rotor 3, the radius surface 23 is slightly curved.
Die Zentiwinkelspitze 17 ist konkav zyhnderförmig nach innen gewölbt und bildet somit eine Gleitlagerung mit einem am Umfang des Rotors 3 angeordneten Schwenkradius 19 (dargestellt in Fig. 1). Der Zentiwinkel &bgr; und somit auch die Bogenfläche 16 des Zylinderausschnittes ist derart bemessen, dass bei jedem Schwenkwinkel &agr;, dargestellt in Fig. 1, die Schwenkkolbenkammer 12 über die in den Rotor 3 eintauchende Radiusfläche 18 abgedichtet ist.The centiangle tip 17 is concavely curved inwards in a cylindrical shape and thus forms a sliding bearing with a swivel radius 19 arranged on the circumference of the rotor 3 (shown in Fig. 1). The centiangle β and thus also the arc surface 16 of the cylinder cutout is dimensioned such that at every swivel angle α, shown in Fig. 1, the swivel piston chamber 12 is sealed via the radius surface 18 immersed in the rotor 3.
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.To improve the pressure effect, concavities 24, 25 are introduced into the arc surface 16 and the radius surface 18. In addition to the cylindrical concavities 24, 25 shown, other shapes are also possible.
·™&Ggr;·™&Ggr;
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 Fig. 5 sind die Dichtleistenkanäle 22, die die Form von Bohrungen besitzen, zweckmäßigerweise mit den Einwölbungen 24, 25 verbunden.For sealing the swivel piston 6 against the swivel piston chamber 12 and the side walls of the working chambers, receiving grooves 21 for sealing strips 20 are provided.
To ensure good sealing, the sealing strip grooves 21 are subjected to pressure via sealing strip channels 22, which presses against the sealing strips 20, whereby the pressure present in the pivoting piston chamber 12 and in the working chamber 4 is used. In the illustration Fig. 5, the sealing strip channels 22, which have the shape of bores, are expediently connected to the indentations 24, 25.
Eine zweckmäßige Ausführung der Dichtleiste 20 in Anordnung in einer Dichtleistennute 21 ist aus Fig. 6 zu entnehmen. Die Dichtleiste 20 besitzt eine im Querschnitt konische, asymmetrisch-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.A suitable design of the sealing strip 20 arranged in a sealing strip groove 21 can be seen in Fig. 6. The sealing strip 20 has a conical, asymmetrical-oval shape in cross section. The sealing strip groove 21 has a
End of the sealing strip 20 also has an oval or round cross-section with
a narrowed opening. This ensures a secure hold of the sealing strip 20, a good
Pressure distribution in the sealing strip groove 21 and a high-quality seal are achieved.
The conical shape of the sealing strip 20 and a clearance in the sealing strip groove 21 prevent jamming and ensure a constant sealing effect.
[Bezugszeichenliste][List of reference symbols]
1 Gehäuse1 housing
2 Gehäuseinnenbohrung 3 Rotor2 Housing inner bore 3 Rotor
4 Kammern4 chambers
5 Ausformungen5 Formations
6 Schwenkkolben6 swivel pistons
7 Düsensätze für Prozessgase 8 Auslassbohrungen7 nozzle sets for process gases 8 outlet holes
9 Auslasskanal9 Exhaust channel
10 Rotorwelle10 Rotor shaft
11 Steuerkanten11 Control edges
12 Schwenkkolbenkammern 13 Druckraum12 Swing piston chambers 13 Pressure chamber
14 Axiale Wellenbohrung14 Axial shaft bore
15 Radiale Kanäle15 Radial Channels
16 Bogenflächen16 arched surfaces
17 Zentiwinkelspitzen17 centi-angle tips
18 Rotorseitige Radiusflächen der Schwenkkolben18 Rotor-side radius surfaces of the swivel pistons
19 Schwenkradien19 swivel radii
20 Dichtleisten an den Schwenkkolben20 Sealing strips on the swivel piston
21 Nuten für Dichtleisten21 grooves for sealing strips
22 Dichtleistenkanäle22 sealing strip channels
23 Arbeitskammemseitige Radiusflächen der Schwenkkolben23 Radius surfaces of the swivel pistons on the working chamber side
24 Einwölbungen in den Bogenflächen24 concavities in the arch surfaces
25 Einwölbungen in den Radiusflächen25 Curvatures in the radius surfaces
26 Kühlkammern26 cooling chambers
27 Endauslasskanal27 End outlet channel
28 Höchste Erhebungen der Gehäuseinnenbohrungen28 Highest elevations of the housing bores
29 Dichtleisten an den höchsten Erhebungen der Gehäuseinnenbohrungen29 Sealing strips at the highest elevations of the housing bores
30 Dichtleistenkanäle zu den Dichtleisten an den höchsten Erhebungen der Gehäuseinnenbohrungen30 sealing strip channels to the sealing strips at the highest elevations of the housing inner bores
31 Rotorachse31 Rotor axis
32 Rotordichtung32 Rotor seal
33 Radiale Wellenbohrung33 Radial shaft bore
&agr; Maximaler Schwenkwinkel der Schwenkkolben&agr; Maximum swivel angle of the swivel pistons
&bgr; Zentiwinkel&bgr; Centiangle
Claims (12)
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