DE19806507A1 - Design elements to improve working and power machines - Google Patents

Design elements to improve working and power machines

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Abstract

The design elements are based on the principle that the potential spiral flow of a fluid is the most efficient form of fluid motion. Various elements are described to create this flow in the most efficient manner for use to be made of it. The principle can be applied to reciprocating and rotary pistons. For example, a rotor may be placed in a funnel-shaped inlet region in a jacket with sectors, some of which are straight and some curved. Such a rotor would have scoops shaped so that the fluid between them is accelerated axially.

Description

1. Einführung1. Introduction 1.1. Problematik1.1. Problem

Die bekannte Technik der Strömungsmaschinen weist z. T. außerordentlich hohen Wirkungsgrad auf, welche kaum als verbesserungsfähig erachtet wird. Dieses betrifft jedoch in erster Linie die Maschinenkomponenten, welche der unmittelbaren Umsetzung der kinetischen Energie des Fluid in kinetische Energie mechanischer Art, also der Bewegung eines Rotors bzw. umgekehrt, betreffen. Verlustreich dagegen sind meist die Maschinenkomponenten, welche der Zuführung des Fluids zur Strömungsmaschine, der Umlenkung des Fluidstromes innerhalb der Maschine bzw. Abführung des Fluids von der Strömungsmaschine betreffen. Gleiches gilt für Hubkolbenmaschinen, wobei dort zusätzlich die bekannte Mechanik der Hubbewegungen nur eine unzureichende Lösung darstellt. Insofern bieten Strömungs- wie Hubkolbenmaschinen durchaus Potential zur Verbesserung des Wirkungsgrades hinsichtlich des Fluidstromes wie der Mechanik.The known technique of turbomachines, for. T. extraordinarily high efficiency, which is hardly considered to be capable of improvement. However, this primarily concerns the machine components, which is the direct conversion of the kinetic energy of the fluid into kinetic energy mechanical Type, that is, the movement of a rotor or vice versa. By contrast, they are usually lossy Machine components, which the supply of the fluid to the turbomachine, the deflection of the Relate fluid flow within the machine or discharge of the fluid from the turbomachine. The same applies to reciprocating piston machines, where only the known mechanics of the lifting movements are used is an inadequate solution. In this respect, both flow and reciprocating machines offer great potential to improve the efficiency with regard to the fluid flow such as the mechanics.

1.2. Basis1.2. Base

Basis dieser Patentanmeldung hier ist die Erfindung "Konstruktive Elemente zur Verbesserung des Fluidstroms in Rohren", welche nachfolgend "Rohrerfindung" genannt wird. Dort wurden anhand eines neuen Modells potentieller Molekularbewegung eine ideale Strömungsform der Fluidströme in Rohren entwickelt. Diese be­ stehend aus Rollschicht, Haupt- sowie Kernstrom und wurde "Potentialdrallströmung" bezeichnet. Dort wurden diverse, neue Konstruktionselemente konzipiert, welche diesen Potentialdrallstrom zu erzeugen, zu erhalten und zu nutzen geeignet sind. Die dortigen Konstruktionselemente sind ausschließlich feststehenden Teile.The basis of this patent application here is the invention "Constructional elements for improving the fluid flow in pipes ", which is hereinafter called" pipe invention ". There were based on a new model potential molecular movement developed an ideal flow form of the fluid flows in pipes. These be standing from rolling layer, main and core current and was called "potential swirl flow". Were there Various new construction elements designed to generate this potential swirl current and are suitable for use. The construction elements there are only fixed parts.

1.3. Zielsetzung1.3. Goal setting

Zielsetzung dieser Patentanmeldung hier ist die Steigerung des Wirkungsgrades von Arbeits- und Kraft­ maschinen durch eine systematische, neuartige Konzeption dieser Maschinen bzw. zugehöriger Komponenten. Die in der Rohrerfindung erörterten physikalischen Grundlagen werden hier dieser Aufgabenstellung ent­ sprechend weiter geführt. Aus den dabei gewonnenen Erkenntnissen werden prinzipielle Konstruktions­ grundsätze für Strömungsmaschinen wie für Hubkolbenmaschinen bzw. deren Komponenten abgeleitet. Diese werden hier umgesetzt in zweckentsprechende Konstruktionen neuer Art. Im Gegensatz zur Rohrerfindung stehen damit bei dieser Patentanmeldung hier die bewegten Teile von Strömungsmaschinen im Vordergrund.The aim of this patent application here is to increase the efficiency of labor and strength machines through a systematic, novel design of these machines and associated components. The physical principles discussed in the pipe invention are explained here continued speaking. The resulting knowledge becomes a basic construction principles for turbo machines such as for reciprocating piston machines and their components. This are implemented here in appropriate constructions of a new kind. In contrast to pipe inventions the moving parts of turbomachines are in the foreground of this patent application.

Weiterführende Konsequenzen dieser Erkenntnisse und Erfindungen in anderen Anwendungsbereichen werden in weiteren Patentanmeldungen dargestellt werden, beispielsweise hinsichtlich des Auf- und Vortriebes von Luft- und Wasserfahrzeugen. Further consequences of these findings and inventions in other areas of application are presented in further patent applications, for example with regard to the upward and forward propulsion of Air and water vehicles.  

2. Physikalische Grundlagen2. Physical basics 2.1. Potentialdrallströmung2.1. Potential swirl flow

In der Rohrerfindung wurde ein Modell potentieller Molekularbewegungen entwickelt. Grundlage dabei waren die in alle Raumrichtungen gleichermaßen weisenden Bewegungen der Moleküle eines Fluids. Beispielsweise lassen sich in der Zeichnungsebene acht dieser potentiellen Bewegungen für ein Molekül (A in Bild 1; wird im folgenden als "A-1" zitiert) darstellen. Stellvertretend für diese Bewegungsrichtungen könnten die zwei senk­ recht weisenden betrachtet werden (B-1). Diesen potentiellen Bewegungsrichtungen kann eine Bewegungs­ komponente in der generellen Richtung eine Stromlinie (SL) aufgeprägt sein (C-1). Von den daraus resultierenden Bewegungsrichtungen (D-1) können wiederum zwei dieser potentiellen Bewegungen (E-1) als stellvertretend gelten. Je größer die Geschwindigkeit in Stromrichtung, desto weiter nach vorn (F-1) werden diese potentiellen, stellvertretenden Bewegungsrichtungen eines Moleküls weisen.A model of potential molecular motions was developed in pipe invention. The basis for this was the movements of the molecules of a fluid that point equally in all spatial directions. For example, eight of these potential movements for a molecule can be represented in the drawing plane (A in Figure 1; hereinafter referred to as "A-1"). Representing these directions of movement, the two perpendicular ones could be considered (B-1). A movement component in the general direction of a streamline (SL) can be impressed on these potential directions of movement (C-1). Of the resulting directions of movement (D-1), two of these potential movements (E-1) can be considered representative. The greater the speed in the current direction, the farther forward (F-1) these potential, representative directions of movement of a molecule will point.

In der Rohrerfindung wurde dargelegt, daß diesen potentiellen Bewegungen durch Reibung an der Rohr­ wandung eine zusätzliche Bewegung in Richtung Rohrmitte (G-1) aufgeprägt wird, welche als senkrecht zur Rohrwandung wirkend betrachtet werden kann. Aufgrund dieser, in der Rohrerfindung "Querströmung" (QS) genannten, Komponente ergibt sich zwangsläufig turbulente Strömung mit ihren Nachteilen hinsichtlich des Fluiddurchsatzes herkömmlicher Art. Positiv dagegen wirkt diese Querströmung, wenn als generelle Richtung der Stromlinien eine Kreisbahn (H-1) gewünscht wird. Die Kreisbahn darf allerdings nicht nur in radiale Richtung zur generellen Stromrichtung weisen, sondern muß zusätzlich in axiale Stromrichtung weisen.In the pipe invention it was shown that these potential movements due to friction on the pipe wall an additional movement in the direction of the pipe center (G-1) is impressed, which is considered perpendicular to Tube wall can be considered effective. Because of this, in the pipe invention "cross flow" (QS) mentioned, component inevitably results in turbulent flow with its disadvantages in terms of Fluid flow rate of conventional type. This cross flow, however, has a positive effect, if as a general direction a circular path (H-1) is desired for the streamlines. However, the circular path must not only be radial Direction to the general current direction, but must also point in the axial current direction.

In der Rohrerfindung wurde dargelegt, daß Moleküle benachbarter, paralleler Stromlinien stets in die Richtung des schnelleren Flusses abgelenkt werden. Abgeleitet wurde daraus, daß die Rotationsbewegung nicht im Rahmen eines Starren Wirbels, sondern eines Potentialwirbels erfolgen sollten. Als Idealform der Fluid­ strömung in Rohren wurde daraus in der Rohrerfindung die "Potentialdrallströmung" entwickelt. Auch bei Arbeits- und Kraftmaschinen wird sinnvoll sein, diese zu erzeugen bzw. zu nutzen. Im folgenden wird hier ein Potentialwirbel mit zusätzlicher Bewegung in axialer Richtung als "Potentialdrallstrom" bezeichnet (also die "Rollschicht" der Rohrerfindung außer Acht gelassen).In the pipe invention it was shown that molecules of neighboring, parallel streamlines always point in the direction of the faster river. It was derived from this that the rotational movement is not in the Frame of a rigid vortex, but a potential vortex should take place. The ideal form of fluid flow in pipes, the "potential swirl flow" was developed from this in pipe invention. Also at Working machines and power machines will make sense to generate or use them. The following is a Potential vortex with additional movement in the axial direction referred to as "potential swirl current" (ie the "Rolling layer" ignored the pipe invention).

2.2. Wirbelstürme2.2. Hurricanes

Die stärkste Potentialdrallströmung ist in Form von Tornados gegeben. Ihre Entstehung wird im allgemeinen aus dem Zusammentreffen von Luftmassen unterschiedlicher Temperatur erklärt, welche dann bis zum Boden reichende Wirbel ausbilden.The strongest potential swirl flow is in the form of tornadoes. Their emergence in general explained by the coincidence of air masses of different temperatures, which then reach the ground training reaching vertebrae.

Bei kleineren Windhosen kann man jedoch erkennen, daß sie vom Boden ausgehend sich ausbilden können. Ausreichend ist eine etwas stärkere Luftströmung (gegenüber der allgemeinen Luftströmung bzw. gegenüber relativ ruhender Luft) auf der Erdoberfläche, einsichtiger ist es, wenn zwei entgegen gesetzte Luftströmungen versetzt aufeinander treffen, wie in Bild 1 schematisch dargestellt (I-1). Dieses bewirkt zunächst ein Einrollen der Strömungen zu einem Wirbel in einer Ebene (J-1). Der dabei entstehende lokalen Überdruck führt anschließend zu einem Ausweichen dieser Strömung nach oben (K-1). Die sich so bewegenden Luftteile grenzen an ruhende oder langsamer fließende Luftteile. Es ergibt sich eine Beugung der Stromlinien hin zu den schneller fließenden Teilen, oben beschriebene Querströmung in Richtung Wirbelachse wie parallel zu dieser, also eine Potentialdrallströmung.Smaller wind pants can be seen, however, that they can develop from the ground. A somewhat stronger air flow (compared to the general air flow or relatively calm air) on the surface of the earth is sufficient; it is more obvious if two opposite air flows meet each other offset, as shown schematically in Figure 1 (I-1). This initially causes the currents to roll into a vortex in one plane (J-1). The resulting local overpressure then leads to this flow escaping upwards (K-1). The air parts moving in this way border on stationary or slower flowing air parts. There is a diffraction of the streamlines towards the faster flowing parts, the cross flow described above in the direction of the vortex axis as parallel to this, that is to say a potential swirl flow.

Anstelle dieses anfänglichen lokalen Überdrucks kann auch ein lokaler Unterdruck angenommen werden, wobei dieser mit einer aufwärts gerichteten Strömung verbunden sein muß. Auch dann wird die umgebende Luft nicht fortgesetzt konzentrisch zum Zentrum des Unterdrucks fließen, sondern sich (ausgehend von zufälliger Unsymmetrie) sehr rasch zu einem einrollenden und aufwärts gerichteten Wirbel ausbilden. Aufgrund der Querströmung entwickelt sich daraus wiederum ein Potentialdrallstrom.Instead of this initial local overpressure, a local underpressure can also be assumed this must be connected to an upward flow. Even then the surrounding one Air does not continue to flow concentrically to the center of the negative pressure, but instead (starting from random asymmetry) very quickly to form a curling and upward vortex. Due to the cross flow, a potential swirl current develops from this.

Obige große Luftmassen unterschiedlicher genereller Bewegungsrichtung und unterschiedlicher Wärme weisen große kinetische Energie auf. Die (zufällig) entgegengesetzt und etwas versetzt sich begegnenden Luft­ strömungen lokaler Windhosen dagegen haben nur unwesentlich höhere kinetische Energie als die der allgemeinen Luftbewegung in ihrer Umgebung. Als auslösendes Moment kann aber auch ein relativ geringer Unterdruck angesehen werden, z. B. aus einer Aufwärtsbewegung einer relativ geringen Luftmasse aufgrund lokaler, aber überdurchschnittlicher Erwärmung. Die Energie der daraus resultierenden Potentialdrallströmung erscheint in jedem Fall ein Vielfaches dieser ursprunglich vorhandenen kinetischen Energie zu sein bzw. der relativ geringen Energie des auslösenden Moments.The above large air masses have different general directions of movement and different heat great kinetic energy. The (coincidentally) opposite and something staggered air meets Currents of local wind trousers, on the other hand, have only a slightly higher kinetic energy than that of general air movement in their environment. A relatively small one can also be the triggering moment Negative pressure can be viewed, e.g. B. due to an upward movement of a relatively low air mass local but above average warming. The energy of the resulting potential swirl flow appears in any case to be a multiple of this originally existing kinetic energy or the relatively low energy of the triggering moment.

2.3. Wasserwirbel2.3. Water vortex

Ein analoger Bewegungsablauf ist in Wasserwirbeln gegeben. Eine Strömung verursacht (oder zwei versetzt gegenläufige Strömungen verursachen) einen einrollenden, zunächst ebenen Wirbel, dessen Strömung dann nach unten ausweicht. Ebenso kann eine Strömung in der Tiefe (bzw. wiederum können zwei Strömungen) einen sich bis zur Wasseroberfläche auswirkenden Potentialwirbel ergeben. Oder eine aus der Tiefe auf­ steigende Strömung kann solches verursachen. Oder ein Abfluß nach unten erzeugt diesen Bewegungsablauf (wie in jeder Badewanne).An analogous sequence of movements is given in water eddies. A current causes (or two moves) opposite currents cause) a rolling, initially flat vortex, the flow then evades down. Likewise, a current at depth (or again two currents) result in a potential vortex that affects the water surface. Or one from deep down rising currents can cause this. Or a downward drain creates this sequence of movements (like in every bathtub).

Das auslösende Moment kann wiederum ein geringes sein. Gespeist wird die Ausbildung der Potentialdrall­ strömung durch den Druck des umgebenden, relative ruhigen Mediums, oder auch aufgrund der Reibung an einer Wandung (wie in der Rohrerfindung dargestellt). Es besteht ein Druckgefalle von außen nach innen.The triggering moment can in turn be a small one. The training of the potential swirl is fed flow due to the pressure of the surrounding, relatively calm medium, or due to the friction a wall (as shown in the pipe invention). There is a pressure drop from the outside in.

Die Ursache dessen ist in Bild 1 schematisch dargestellt anhand obigen Modells potentieller Molekular­ bewegungen. Ein relativ ruhendes Molekül (L-I) weist potentielle Bewegungen in alle Raumrichtungen auf, welche in Summe als radial zur Rotationsachse (RA, rechts im Bild) betrachtet werden können. Ein um die Rotationsachse (RA) auf einer kreisförmigen Stromlinie (SL) sich bewegendes Molekül (M-1) weist ebenso Molekularbewegungen in beliebige Richtungen auf entsprechend der allgemeinen Fluidtemperatur. Diesen ist zusätzlich diese tangentiale Bewegungsrichtung aufgeprägt (entsprechend D-1). Nach einer Kollision mit einem relativ ruhenden Molekül (L-1) wird es in tangentialer Richtung abgebremst, gewinnt dafür an Beweg­ ung in radialer Richtung (analog G-1), also in Richtung Rotationsachse. Ein Molekül auf benachbarter innerer Stromlinie eines Potentialwirbels (N-1) weist noch immer diese Eigenschaften auf, nur besitzt es eine größere Geschwindigkeit in tangentiale Richtung.The cause of this is shown schematically in Figure 1 using the above model of potential molecular movements. A relatively dormant molecule (LI) has potential movements in all spatial directions, which in total can be viewed as radial to the axis of rotation (RA, right in the picture). A molecule (M-1) moving about the axis of rotation (RA) on a circular streamline (SL) also has molecular movements in any direction according to the general fluid temperature. This tangential direction of movement is also impressed on them (corresponding to D-1). After a collision with a relatively stationary molecule (L-1), it is braked in the tangential direction and gains movement in the radial direction (analogous to G-1), i.e. in the direction of the axis of rotation. A molecule on an adjacent inner streamline of a potential vortex (N-1) still has these properties, only it has a higher velocity in the tangential direction.

In radialer Richtung weisen alle diese Moleküle (L-1, M-1 und N-1) die gleiche Energiekomponente der allgemeinen Molekularbewegung auf. In einem Potentialwirbel herrscht bekanntermaßen außen ein höherer Druck als innen. Diese Erscheinung resultiert aus der relativ größeren Häufigkeit jeweils außen befindlicher Moleküle (L-1 gegenüber M-1, M-1 gegenüber N-1), Bewegungen in Richtung Rotationsachse auszurühren. Die größere Menge potentieller Bewegungen innen befindlicher Moleküle (N-1 gegenüber M-1, M-1 gegenüber L-1) dagegen weisen nach vorwärts in Drehsinn bzw. in Richtung nach innen, werden also auch relativ selten sich nach außen bewegen.All these molecules (L-1, M-1 and N-1) have the same energy component in the radial direction general molecular motion. As is known, there is a higher one outside in a potential vortex Pressure than inside. This phenomenon results from the relatively greater frequency of those outside Molecules (L-1 versus M-1, M-1 versus N-1) to perform movements in the direction of the axis of rotation. The larger amount of potential movements of internal molecules (N-1 versus M-1, M-1 versus L-1), on the other hand, point forward in the direction of rotation or inward, and are therefore also relatively rare move outwards.

Ein Molekül auf der innersten Stromlinie (N-1) weist nicht nur nach außen, sondern auch nach innen relativ wenig potentielle Molekularbewegungen auf. Es erzeugt also nach außen wie nach innen einen relativ geringen Druck. In einem Wasser-Potentialdrallstrom ausreichender Stärke wird mittig dieser Druck so gering sein, daß er nurmehr dem Luftdruck (O-1, als Beispiel eines Moleküls der Luft) entspricht. Darum kann in Wasser­ wirbeln selbst in einigen Metern Tiefe noch immer eine Luftsäule als Rotationsachse erkannt werden. Dieser Wirbelkern wird von außen nach innen abnehmende Geschwindigkeit aufweisen, also ein Starrer Wirbel sein.A molecule on the innermost streamline (N-1) points not only outwards, but also inwards relative little potential molecular movements. So it produces a relatively small amount both externally and internally Pressure. In a water potential swirl flow of sufficient strength, this pressure will be so low in the middle that it now only corresponds to air pressure (O-1, as an example of a molecule of air). That is why in water whirl even at a depth of a few meters an air column can be recognized as the axis of rotation. This Vortex core will have decreasing speed from outside to inside, so it will be a rigid vortex.

Die Druckdifferenz des Potentialwirbels kann auch gleichgesetzt werden mit oben genannte Querströmung. Besonders deutlich zu erkennen ist diese in den bekannten Versuchen mit Wasserwirbelrohren, in welche Schwebstoffe (auch schwerer als Wasser) eingebracht werden. Die Querströmung treibt sie in Richtung Rotationsachse. Wenn dieser "Auftrieb" die Schwebstoffe auf die innerste Stromlinie gebracht hat, ragen diese (im Vergleich zu den Molekülen des Fluids relativ großen Teile) in den Wirbelkern. Innerhalb diesem werden sie aufgrund der innen geringeren Geschwindigkeit abgebremst, "fallen" auf eine Umlaufbahn mit entsprechend kleinerem Radius bzw. sammeln sich letztlich auf der Rotationsachse.The pressure difference of the potential vortex can also be equated with the above-mentioned cross flow. This can be seen particularly clearly in the known experiments with water vortex tubes, in which Suspended matter (also heavier than water) can be introduced. The cross flow drives them in the direction Axis of rotation. When this "buoyancy" has brought the suspended solids to the innermost streamline, they protrude (relatively large parts compared to the molecules of the fluid) in the vortex core. Be within this they braked due to the lower inner speed, "fall" into an orbit accordingly smaller radius or ultimately collect on the axis of rotation.

2.4. Wirbelenergie2.4. Vortex energy

Zu oben beschriebenen Bewegungen, Drücken bzw. Strömungen kommen einige wesentliche Eigenschaft hinzu. Die potentiellen Bewegungsrichtungen eines Moleküls im Potentialdrallstrom (M-1 und N-1) weisen vorwiegend nach vorn, in viel schwächerem Maße nach hinten. Auch diese Moleküle bewegen sich nicht gleich schnell, weil "Wärme" nur Mittelwert einer glockenförmigen Verteilung unterschiedlicher Geschwindigkeit der entsprechende Molekularbewegung ist. Insofern können auch Moleküle einer Stromlinie kollidieren. In jedem Fall werden diese Kollisionen innerhalb einer relativ gleichgerichteten Strömung den generellen Fluidstrom weniger gravierend beeinträchtigen als bei turbulenter Strömung. Der "Durchsatz" in einer Potentialdrall­ strömung wird im Sinne der (gekrümmten) Stromlinien also weit höher sein.In addition to the movements, pressures or currents described above, there are some essential properties added. The potential directions of movement of a molecule in the potential swirl current (M-1 and N-1) point predominantly to the front, to a much lesser extent to the rear. These molecules don't move the same way either quickly because "heat" is only the average of a bell-shaped distribution of different speeds of the corresponding molecular movement is. In this respect, molecules in a streamline can collide. In each In the event these collisions become the general fluid flow within a relatively rectified flow  less serious impairment than with turbulent flow. The "throughput" in a potential swirl Flow will be much higher in the sense of the (curved) streamlines.

Eine weitere wichtige Eigenschaft der Potentialdrallströmung ist, daß auch die Kollisionen quer zur jeweiligen Stromlinie desto geringer bzw. weniger nachteilig ausfallen, je schneller die Geschwindigkeit in Richtung Stromlinie in Relation zur Geschwindigkeit der allgemeinen Molekularbewegung ist. Die Bewegungen auf den Stromlinien eines Potentialdrallwirbels sind maximal frei von Kollisionen oder diese zumindest minimal negativ im Sinne der generellen Stromrichtung. Es können sich auf gleichem Raum damit mehr Moleküle relativ kollisionsfrei bewegen als bei turbulenten Molekularbewegungen bzw. turbulenter Strömung.Another important property of the potential swirl flow is that the collisions also cross to the respective Streamline the less or less disadvantageous, the faster the speed in the direction Streamline is in relation to the speed of general molecular motion. The movements on the Streamlines of a potential swirl vortex are maximally free of collisions or at least minimal negative in the sense of the general current direction. There can be more molecules in the same space move relatively collision-free than with turbulent molecular movements or turbulent flow.

Oben wurde unterstellt, daß als stellvertretend für alle potentiellen Bewegungen eines relativ ruhenden Moleküls (L-1) die Bewegungen radial zur Rotationsachse betrachtet werden können. Diese ergibt den postiven Effekt einer Beugung der Stromlinie zur Kreisform. Wenn man nun die arideren potentiellen Bewegungen dieses Moleküls betrachtet, ergeben sich folgende Effekte:Above it was assumed that a relatively dormant representative of all potential movements Molecule (L-1) the movements can be viewed radially to the axis of rotation. This gives the positive Effect of diffraction of the streamline to the circular shape. If you look at the other potential movements Considering this molecule, the following effects result:

Wenn ein relativ ruhendes Molekül (L-1) (zufällig) auf eine Bahn parallel oder zumindest in Richtung der Stromlinie eines Moleküls einer äußeren Stromlinie des Potentialdrallwirbels (M-1) kommt, wird es sich dort relativ lang ohne Kollision bewegen können bzw. kann vollkommen als Bestandteil dieser Stromlinie integriert werden. Wenn dieses Molekül (L-1) (zufällig) entgegen die Richtung der äußeren Stromlinie gestoßen wird, so bremst es zunächst bei einer Kollision das entsprechende Molekül (M-1), allerdings erfolgt die negative Beschleunigung des Moleküls (M-1) nur mit der Energie der allgemeinen Molekularbewegung. Das Molekül (L-1) übernimmt die Energie (einschließlich der Rotationsenergie) des abgebremsten Moleküls (M-1) in etwa tangentiale Richtung. Es wird bei einer nachfolgenden Kollision (nun in Summe wieder senkrecht zur Rotationsachse) dann ebenfalls auf eine Kreisbahn abgelenkt. Letztlich wird ein sehr schnelles (gegenüber der allgemeinen Wärme) Molekül (L-1) sich (zufällig) auf einer Bahn befinden, auf welcher es von hinten mit einem Molekül (M-1) des Potentialdrallwirbels kollidiert. In diesem Fall bringt es seine Energie und Richtung in positivem Drehsinne ein, während es selbst nur geringfügiger in negativem Sinne reflektiert wird.If a relatively dormant molecule (L-1) (randomly) on a path parallel or at least in the direction of the Streamline of a molecule of an outer streamline of the potential swirl vortex (M-1), it will there can move relatively long without collision or can be fully integrated as part of this streamline become. If this molecule (L-1) is (accidentally) pushed against the direction of the outer streamline, then it initially brakes the corresponding molecule (M-1) in the event of a collision, but the negative occurs Acceleration of the molecule (M-1) only with the energy of the general molecular movement. The molecule (L-1) takes over the energy (including the rotational energy) of the decelerated molecule (M-1) approximately tangential direction. In the case of a subsequent collision (now total again perpendicular to Axis of rotation) then also deflected onto a circular path. Ultimately, a very fast (compared to general heat) molecule (L-1) are (randomly) on a path on which it is from behind a molecule (M-1) of the potential swirl collides. In this case it brings its energy and direction in a positive sense of rotation, while it itself is only slightly reflected in a negative sense.

Auf diese Weise ergibt sich, daß die Grenzschicht der Potentialdrallströmung sich immer weiter nach außen verlagert, praktisch immer größere Fluidmengen in diesen Wirbel integriert werden. Die Potentialdrall­ strömung scheint mehr Energie aufzuweisen als ursprünglich zur Verfügung steht. Gängige Interpretation ist, daß dem Fluid dabei Wärme entzogen wird. Oder es wird eine spezielle "Wirbelkraft" postuliert. Dieses wird besonders für Wirbelringe angenommen. Dieser ist jedoch nur eine spezielle Form der Potentialdrallströmung. Anstelle obigen Ausweichens der Strömung eines Luftwirbels nach oben bzw. eines Wasserwirbels nach unten erfolgt dieses Ausweichen im Wirbelring in Kreisform. Die Rotationsachse bildet einen Kreis. Es ist kein zusätzlicher Raum für obiges Ausweichen der Strömung erforderlich. Ein Wirbelring ist damit eine besonders stabile Form der Potentialdrallströmung. In this way it follows that the boundary layer of the potential swirl flow continues to outward shifted, practically ever larger amounts of fluid are integrated into this vortex. The potential twist flow seems to have more energy than is originally available. Common interpretation is that heat is removed from the fluid. Or a special "vortex force" is postulated. This will especially adopted for swirl rings. However, this is only a special form of potential swirl flow. Instead of evading the flow of an air vortex upwards or a water vortex downwards this evasion takes place in a circular shape in the swirl ring. The axis of rotation forms a circle. It is not additional space required for the flow to evade. A swirl ring is therefore a special one stable form of the potential swirl flow.  

Aus den in der Rohrerfindung angestellten Überlegungen und vorstehenden Erläuterungen ergibt sich, daß alle Erscheinungen der Potentialwirbel mit einem einfachen Modell potentieller Molekularbewegungen zu erklären sind. In einer Potentialdrallströmung ist keine größere Menge kinetischer Energie enthalten als ursprünglich zur Verfügung steht. Es findet in der Potentialdrallströmung keinerlei Energieumwandlung statt. Es findet auch keine Energieaufnahme durch das umgebende, relativ ruhende Fluid statt. Es findet lediglich eine geordnetere Ausrichtung der Bewegungsrichtungen statt.From the considerations and explanations given in the pipe invention it follows that all Explain the appearance of the potential vortices with a simple model of potential molecular movements are. There is no greater amount of kinetic energy in a potential swirl flow than originally is available. There is no energy conversion in the potential swirl flow. It takes place there is also no energy absorption by the surrounding, relatively still fluid. It only finds one more orderly alignment of the directions of movement instead.

Jedes Fluid verfügt per Molekularbewegung über weit mehr kinetischer Energie als in makroskopischer Betrachtung sichtbar bzw. nutzbar ist. Die aufgeprägte Bewegung durch eine allgemeine Stromrichtung beträgt nur ein Bruchteil der allgemeinen Molekularbewegung. Dieses gilt z. B. auch für alle auslösenden Strömungen eines Wirbelsturmes, einer Windhose wie eines Wasserwirbels. Sobald jedoch die Voraussetzungen zur Aus­ bildung dieser Potentialdrallströmen gegeben sind, werden durch oben beschriebene Struktur der Bewegungen diesen relativ geringen Ausgangsströmen beständige Richtung aufgeprägt und in diese gerichtete Strömung andere Fluidmengen integriert. Diese bringen ihre Energie der Molekularbewegung ein. In diesem Sinne kann man sagen, daß der ursprünglich vorhandenen Strömung nun zusätzlich die Geschwindigkeitskomponente einer gerichteten Molekularbewegung aufgeprägt wird (anstelle des Aufprägens der Strömung auf eine unge­ richtete Molekularbewegung).Each fluid has far more kinetic energy than molecular macroscopic energy Is visible or usable. The imprinted movement through a general current direction is only a fraction of the general molecular movement. This applies e.g. B. also for all triggering currents a hurricane, a wind trousers like a water vortex. However, as soon as the requirements for Aus Formation of these potential swirl currents are given by the structure of the movements described above These relatively low output currents are impressed with a constant direction and into this directional flow other fluid quantities integrated. These bring their energy to the molecular movement. With this in mind one says that the originally existing flow now also has the velocity component directional molecular movement (instead of impressing the flow on an directed molecular movement).

Die scheinbar höhere Energie einer Potentialdrallströmung besteht nicht in einer Umformung oder Einbring­ ung einer anderen Energieform, sondern ausschließlich in der größeren Ordnung der Richtungen der Beweg­ ungen. Aufgabe dieser Erfindung hier ist, diese größere Ordnung der Strömungen in Maschinen zu organisieren. Zuvor sind jedoch einige weitere theoretische Gesichtspunkte zu klären.The apparently higher energy of a potential swirl flow does not consist of a transformation or introduction another form of energy, but only in the larger order of the directions of movement The object of this invention here is to achieve this greater order of flow in machines to organize. Before doing so, however, a few more theoretical aspects need to be clarified.

2.5. Druck zwischen Fluidströmen2.5. Pressure between fluid flows

Die Übertragung von Kräften von einem festen Körper auf einen anderen festen Körper per Druck ist problemlos. Die Masse fester Körper kann gedanklich sogar in einem Punkt als vereinigt angesehen werden. Bei einem Fluid dagegen müssen Teilchen bzw. jedes Molekül als eigenständige Körper betrachtet werden.The transfer of forces from one solid body to another solid body via pressure is no problem. The mass of solid bodies can even be thought of as united in one point. In the case of a fluid, on the other hand, particles or each molecule have to be considered as independent bodies.

Wenn der Druck eines Fluids auf ein anderes übertragen werden soll, erfolgt ein Ausgleich des Druckgefälles. Wenn dabei turbulente Strömung bzw. turbulente Molekularbewegung ein ausreichendes Ergebnis ist, macht dieses Sinn. Wenn allerdings eine gerichtete Bewegung und Geschwindigkeit erzielt werden sollen, dann muß der Druck des einen Fluidstroms so eingesetzt werden, daß die Potentialdrallströmung des anderen verstärkt wird. Die technische Realisierung hierzu ist in der Rohrerfindung beim Konstruktionselement "Einleitung bzw. Ausleitung" beschrieben. Diese tangentiale Einbringung von Fluidteilchen erfolgt andrerseits auch bei oben beschriebener Ausweitung des Radius eines Potentialdrallstroms. Diese Art Zusammenführung von Fluid­ strömen wird sinnvoll sein, auch bei Strömungsmaschinen eingesetzt zu werden. If the pressure of one fluid is to be transferred to another, the pressure gradient is compensated. If turbulent flow or turbulent molecular movement is a sufficient result, do so this sense. However, if directional movement and speed are to be achieved, then must the pressure of one fluid flow can be used so that the potential swirl flow of the other is increased becomes. The technical implementation of this is in the pipe invention for the construction element "Introduction or Rejection ". On the other hand, this tangential introduction of fluid particles also takes place at the top described expansion of the radius of a potential swirl current. This kind of merging of fluid streaming will make sense to also be used with turbomachines.  

2.6. Sog zwischen Fluidströmen2.6. Suction between fluid flows

Sogwirkung zwischen festen Körpern ist praktisch nicht relevant bzw. nicht gegeben (weil die Mitwirkung relativ geringer Menge eines Fluids erforderlich ist). Der Sogwirkung zwischen Fluidströmen dagegen ist bedeutend, z. B. bei einer einfachen Wasserstrahlpumpe.Suction between solid bodies is practically irrelevant or not given (because of the participation relatively small amount of a fluid is required). The suction effect between fluid flows, however, is significant, e.g. B. in a simple water jet pump.

Die einzelnen Moleküle eines Fluids besitzen insofern keine "Trägheit" als unterstellt werden kann, daß bei einer Kollision jedes Molekül augenblicklich die Bewegungsenergie und -richtung des anderen Moleküls übernimmt. Jedes Molekül ist also jederzeit bereit, sich in jede Raumrichtung stoßen zu lassen. Wie weit es auf dieser Bahn vorwärts kommt, hängt allein davon ab, wann es zu einer nächsten Kollision kommt. Mehrheitlich fließen die Moleküle eines Fluids darum stets in Bereiche lokalen Unterdrucks, d. h. geringerer Dichte. Kollisionen sind aber andrerseits auch relativ selten, wenn sich die Moleküle eines Fluids mehrheitlich in gleiche Richtung bewegen. Insofern stellt eine Potentialdrallströmung ebenfalls einen "Sog" dar. Moleküle können in die Drehrichtung dieser Strömung sich auf relativ langem Weg ohne (oder mit nur gering negativ wirkender) Kollision bewegen. Diese Bewegung kann dann sogar hinführen zu einem Bereich größerer Dichte. Die Auslösung dieser Bewegung ist durch normale Molekularbewegung gegeben, erfordert also keine zusätz­ liche Energie von außen. Diese Art von "Sogwirkung" wird darum auch sinnvoller Weise bei Strömungs­ maschinen einzusetzen und zu nutzen sein.The individual molecules of a fluid have no "inertia" insofar as it can be assumed that at a collision of each molecule instantaneously detects the kinetic energy and direction of the other molecule takes over. So every molecule is always ready to be pushed in any direction. How far it goes this path comes forward depends solely on when another collision occurs. Mostly The molecules of a fluid therefore always flow into areas of local negative pressure, i.e. H. lower density. On the other hand, collisions are also relatively rare if the majority of the molecules in a fluid are in one another move in the same direction. In this respect, a potential swirl flow also represents a "pull". Molecules can move in the direction of rotation of this flow over a relatively long way without (or with only slightly negative effective) collision. This movement can even lead to an area of greater density. This movement is triggered by normal molecular movement, so it does not require any additional movement external energy. This type of "suction effect" is therefore also useful for flow be able to use and use machines.

2.7. Sogwirkung von Fluid auf feste Körper2.7. Suction effect of fluid on solid bodies

Fluid kann in Richtung eines Sogs (in obigem umfassenden Sinne) fließen, niemals jedoch ein fester Körper. Ein Sog bzw. Unterdruck wird z. B. an der Oberseite einer Tragfläche erzeugt. Dieser allein jedoch ist vollkommen unwirksam. Wirksam hinsichtlich des Auftriebs ist vielmehr der Druck auf der Unterseite. Die Fluidströmung auf der Oberseite bewirkt lediglich, daß von oben ein geringerer Druck auf die Tragfläche ausgeübt wird.Fluid can flow in the direction of a suction (in the broad sense above), but never a solid. A suction or vacuum is z. B. generated at the top of a wing. However, this alone is completely ineffective. The pressure on the underside is effective in terms of buoyancy. The Fluid flow on the top only causes a lower pressure on the wing from above is exercised.

In Bild 2 ist dargestellt, was Ursache dieses "Sogs" ist. Relativ zur ruhend betrachteten Tragfläche (A-2) ist aufgrund der Profilierung die Fluidströmung auf der Oberseite schneller als auf der Unterseite. Bei einem Molekül (B-2) der Unterseite ist der normalen Molekularbewegung eine relativ geringe Bewegung nach hinten aufgeprägt, einem Molekül (C-2 und D-2) der Oberseite eine größere. Das Molekül (B-2) übt durch Aufprall gegen die Tragflächen-Unterseite einen Druck aus. Mit geringerer Häufigkeit bzw. mit flacherem Winkel nur erfolgt der Aufprall eines Moleküls (C-2) auf der Tragflächen-Oberseite. Durch das Zurückweichen der hinteren Tragflächenoberseite gegenüber einem Molekül (D-2) werden die Häufigkeit nochmals seltener bzw. die Winkel nochmals flacher ausfallen. Der resultierende "Druckunterschied" ergibt den Auftrieb. Figure 2 shows what is causing this "pull". Relative to the resting wing (A-2), the fluid flow on the top is faster than on the bottom due to the profiling. With a molecule (B-2) on the underside, the normal molecular movement has a relatively small movement to the rear, a molecule (C-2 and D-2) with a larger movement. The molecule (B-2) exerts pressure by impacting the underside of the wing. A molecule (C-2) impacts the upper side of the wing with less frequency or with a flatter angle. By withdrawing the rear wing surface against a molecule (D-2), the frequency will be even less frequent or the angles will be even flatter. The resulting "pressure difference" gives the buoyancy.

In Strömungsmaschinen darf also niemals versucht werden, einen festen Körper per Fluid-Sog-Wirkung allein bewegen zu wollen. Der Sogseite muß immer eine Druckseite gegenüber stehen, wobei der restliche Druck der Sogseite so gering als möglich zu gestalten ist, im Idealfall auf null reduziert wird. In turbomachines, you should never attempt to pull a solid body by fluid suction alone want to move. The suction side must always be opposite a pressure side, with the remaining pressure the Suction side is to be as low as possible, ideally reduced to zero.  

Anders zu sehen ist die Situation, wenn ein aufgrund anderer Ursache bewegter fester Körper mit geringst möglichem Widerstand durch ein Fluid bewegen werden soll. Dann ist zweckmäßig, das in Bewegungsrichtung vor dem festen Körper sich befindliche Fluid durch Sog zu beseitigen. Dieser Aspekt wird jedoch in einem anderen Zusammenhang bzw. einer anderen Patentanmeldung zu betrachten sein.The situation is to be seen differently if a solid body that is moving due to another cause has minimal possible resistance should be moved by a fluid. Then it is useful that in the direction of movement to remove any fluid in front of the solid by suction. However, this aspect is in one another context or another patent application to be considered.

2.8. Sogwirkung fester Körper auf Fluid2.8. Solid body suction effect on fluid

Sogwirkung fester Körper in Flüssigkeiten ist problematisch hinsichtlich der Kavitationsgefahr. Auch in kompressiblen Fluiden wird die Sogwirkung fester Körper oftmals als ungeeignet betrachtet. Das Zurück­ weichen eines festen Körpers schafft einen lokalen Bereich geringerer Fluiddichte. In diesen hinein fließen die Moleküle eines Fluids mit normaler Molekulargeschwindigkeit. Dabei ist allerdings darauf zu achten, daß keine turbulente Strömung entstehen sondern eine gerichtete, kontinuierliche Strömung sich ausbilden kann. Darum darf z. B. dieses Zurückweichen des festen Körpers nicht zu schnell erfolgen. Dazu ist z. B. ein relativ großer Raum zur Ausbildung einer Potentialdrallströmung erforderlich. Unter diesen Voraussetzungen wird die Sogwirkung fester Körper auf ein Fluid durchaus sinnvoll in Strömungsmaschinen einzusetzen sein.The suction effect of solid bodies in liquids is problematic with regard to the risk of cavitation. Also in In compressible fluids, the suction effect of solid bodies is often considered unsuitable. The back soft solid body creates a local area of lower fluid density. They flow into these Molecules of a fluid with normal molecular speed. However, it is important to ensure that no turbulent flow occurs but a directed, continuous flow can develop. Therefore z. B. this retraction of the solid body does not take place too quickly. For this purpose, e.g. B. a relative large space required to form a potential swirl flow. Under these conditions the The suction effect of solid bodies on a fluid can be quite useful in turbo machines.

2.9. Druck fester Körper auf Fluid2.9. Solid body pressure on fluid

Die Erzeugung von Druck in Fluiden durch Bewegung fester Körper ist durch den Kompressionstakt in Kolbenmaschinen bestmöglich gelöst. Auch in Strömungsmaschinen kann durch die Bewegung fester Körper gegenüber einem Fluid Druck ausgeübt werden. Die Erzeugung von Druck im Fluid sollte dabei aber nicht im Vordergrund stehen. Zielsetzung sollte vielmehr (nahezu ausschließlich) die Erzeugung von gerichteter Bewegung möglichst hoher Geschwindigkeit sein, d. h. eine möglichst starke Potentialdrallströmung. Der Wirkungsgrad bei der Umsetzung mechanischer Energie in Fluidbewegung ist abhängig von der Bauform des Rotors. Genauso wichtig jedoch ist die Art der Zuführung des Fluids zu dieser Maschinenkomponente wie die Abführung von diesem Maschinenteil bzw. seiner Weiterleitung.The generation of pressure in fluids by moving solid bodies is due to the compression stroke in Piston machines solved as best as possible. Even in turbomachines, solid bodies can move against a fluid pressure. The generation of pressure in the fluid should not be in the Stand in the foreground. Rather, the objective should (almost exclusively) be the generation of directed Movement should be as fast as possible, d. H. a strong potential swirl flow. Of the Efficiency in converting mechanical energy into fluid movement depends on the design of the Rotors. However, the type of supply of the fluid to this machine component is just as important as that Removal of this machine part or its forwarding.

Unter diesen Gegebenheiten ist es wenig sinnvoll, einer Pumpe relativ ruhendes Fluid zuzuführen oder gar unmittelbar danach jeglichen Drall durch Leitwerke wieder aufzustellen. Es macht weit mehr Sinn, zunächst nur Rotationsgeschwindigkeit mit Drall erzeugen zu wollen und erst kurz vor Nutzung der kinetischen Energie des Fluidstroms diesen in die zweckentsprechende Bewegungsform zu bringen. Konstruktionselemente hierzu sind in der Rohrerfindung genannt. In dieser Patentanmeldung hier werden Strömungsmaschinen vorgestellt, welche ein optimale Strömung durch die gesamte Maschine realisieren.Under these circumstances, it makes little sense to supply relatively static fluid to a pump or even to do so immediately afterwards to set up any swirl by tail units. It makes a lot more sense at first only want to generate rotational speed with swirl and only shortly before using the kinetic energy of the fluid flow to bring it into the appropriate form of movement. Construction elements for this are mentioned in the pipe invention. Flow machines are presented in this patent application here, which realize an optimal flow through the entire machine.

2.10. Druckwirkung von Fluid auf feste Körper2.10. Pressure effect of fluid on solid bodies

In der Rohrerfindung wurden die Strömungsverhältnisse in Rohren behandelt. In einem Rohr konnte die Reflektion von Bewegungen hin zur Rohrwandung als im Prinzip senkrecht zur Rohrwandung betrachtet werden. Die Schubkräfte (SK) in der feststehenden Rohrwandung konnten dabei vernachlässigt werden. Hinsichtlich der bewegten festen Teile hier sind diese jedoch von wesentlicher Bedeutung. In the pipe invention, the flow conditions in pipes were treated. In a tube, the Reflection of movements towards the pipe wall is considered to be in principle perpendicular to the pipe wall become. The shear forces (SK) in the fixed pipe wall could be neglected. With regard to the moving fixed parts here, however, these are essential.  

Ein bewegliches Maschinenteil wird im folgenden generell als "Rotor" (RO) bezeichnet (in späteren Kapiteln wird dabei auch die jeweilige Bauform dieses Maschinenteils definiert). Diese Kraft parallel zur Oberfläche des Rotors wird im folgenden "Schubkraft" (SK) genannt.A moving machine part is generally referred to below as a "rotor" (RO) (in later chapters the respective design of this machine part is also defined). This force parallel to the surface of the In the following, the rotor is called "thrust" (SK).

Diese Schubkraft ist abhängig vom Winkel des Aufpralls: bei einem steilen Winkel (E-2) ist sie geringer als bei einem flacheren Winkel (F-2). Bei einem sehr flachen Winkel (G-2) jedoch kann praktisch eine "Total­ reflektion" eintreten, d. h. die Schubkraft bei einer sehr glatten Oberfläche des Rotors sehr gering ausfallen. Bei einer rauhen bzw. entsprechend geformten Oberfläche (H-2) dagegen kann sie wiederum vergrößert werden. Nicht zuletzt ist die Schubkraft abhängig von der Geschwindigkeit des auftreffenden Moleküls in Bezug auf die Geschwindigkeit des Rotors (I-2). Wenn die Geschwindigkeitsdifferenz null ist, ist auch die Schubkraft null.This thrust is dependent on the angle of the impact: with a steep angle (E-2) it is less than with a flatter angle (F-2). With a very flat angle (G-2), however, a "total reflection "occur, i.e. the thrust is very low with a very smooth surface of the rotor a rough or appropriately shaped surface (H-2), however, can in turn be enlarged. Last but not least, the thrust is dependent on the speed of the impacting molecule in relation to the Speed of the rotor (I-2). If the speed difference is zero, the thrust is also zero.

Wenn die kinetische Energie eines Fluidstroms in einer Strömungsmaschine durch Druck auf einen Rotor in mechanische Energie umgewandelt werden soll, kommt also einerseits dem Aufprallwinkel wie der Form­ gebung, aber auch der Oberflächengestaltung des Rotors große Bedeutung zu. Allgemein wird unterstellt, daß die umsetzbare Energiemenge lediglich abhängig ist davon, welche Masse mit welcher Geschwindigkeit dieser Maschinenkomponente zugeführt wird. Diese Anschauung bedarf jedoch einer detaillierteren Betrachtung.When the kinetic energy of a fluid flow in a turbomachine is caused by pressure on a rotor mechanical energy is to be converted, on the one hand comes the impact angle as well as the shape but also the surface design of the rotor. It is generally assumed that the amount of energy that can be converted depends only on what mass and at what speed Machine component is fed. However, this view requires a more detailed look.

Ein Molekül (I-2) übt durch seinen Aufprall auf die Rotoroberfläche einen Impuls auf den Rotor (RO) aus (vereinfachend werden alle Bewegungen senkrecht zur Rotoroberfläche betrachtet). Der Rotor weicht daraufhin entsprechend (im Bild 2 nach rechts) aus. Das Molekül wird reflektiert (im Bild 2 nach links) und bewegt sich nach erneuter Kollision in Richtung Rotor zurück. Der zweite Aufprall des Moleküls (nun als K-2 dargestellt) auf der Rotoroberfläche wird wiederum einen Impuls auf den Rotor bewirken. Dieser wird jedoch geringer sein als der vorige Impuls aufgrund der nun gleichsinnigen Bewegung des Rotors. Mit entsprechend verringerter Energie erfolgt auch die Reflektion des Moleküls. Wenn dieser Prozeß sich fortsetzt, werden jeweils geringere Impulse abgegeben.A molecule (I-2) impacts the rotor (RO) due to its impact on the rotor surface (to simplify all movements perpendicular to the rotor surface are considered). The rotor then deviates accordingly (to the right in Figure 2). The molecule is reflected (to the left in Figure 2) and moves back towards the rotor after another collision. The second impact of the molecule (now shown as K-2) on the rotor surface will in turn cause an impulse on the rotor. However, this will be less than the previous impulse due to the rotor now moving in the same direction. With a correspondingly reduced energy, the reflection of the molecule also takes place. If this process continues, less impulses will be given.

Ein Molekül des Fluids wird also seine Bewegungsenergie auf die Druckseite eines Rotors durch mehrmaliges Aufprallen abgeben, wobei allerdings der erste Aufprall der wirksamste ist, während die nachfolgenden geringere Wirkung aufweisen. Nachteilig wäre dabei, wenn die Reflektion des Moleküls (nun L-2 genannt) durch andere Moleküle (z. B. M-2) mittelbar durch eine Sogseite eines (anderen) Rotors erfolgen würde (was normalerweise durch eine entsprechend geringe Anzahl von Rotorblättern berücksichtigt wird).A molecule of the fluid is thus its kinetic energy on the pressure side of a rotor by repeated Deliver impacts, however the first impact is the most effective, while the subsequent one have less effect. It would be disadvantageous if the reflection of the molecule (now called L-2) by other molecules (e.g. M-2) would take place indirectly through a suction side of another rotor (which is usually taken into account by a correspondingly small number of rotor blades).

Nachdem das Fluid seine Energie an den Rotor abgegeben hat, muß es abfließen können. Das hier dargestellte, ausschließlich senkrechte Aufprallen der Fluidmoleküle auf die Rotoroberfläche ist darum nicht realisierbar. Ein Molekül (N-2) wird darum in einem flacheren Winkel auf die Rotoroberfläche (RO) aufprallen, während dieser schon in einer zurückweichenden Bewegung (im Bild nach rechts) ist. Nach diesem Aufprall wird das Molekül mit entsprechend geringerer Energie reflektiert. Ein Molekül (O-2) wurde zuvor in entsprechender Weise an der Rotoroberfläche reflektiert. Das nachfolgende Molekül (N-2) wird also vom vorigen Molekül (O-2) kaum mehr so reflektiert werden können, daß es zu weiterem, wirkungsvollen Aufprall auf der Rotor­ oberfläche kommen könnte. Natürlich wird auch das Molekül (O-2) irgendwann wieder von einem Molekül (P-2) reflektiert. Letztlich wird dieses Molekül (P-2) jedoch nur die normale Energie der Umgebung aufweisen und damit kann kein weiterer Impuls auf den Rotor ausgeübt werden.After the fluid has given up its energy to the rotor, it must be able to drain off. The one shown here therefore only vertical impact of the fluid molecules on the rotor surface is not feasible. A molecule (N-2) will therefore hit the rotor surface (RO) at a shallower angle while this is already in a receding movement (to the right in the picture). After that impact, it will Molecule with a correspondingly lower energy reflected. One molecule (O-2) was previously in the corresponding  Way reflected on the rotor surface. The next molecule (N-2) is therefore from the previous molecule (O-2) can hardly be reflected so that there is another, effective impact on the rotor surface could come. Of course, the molecule (O-2) will eventually become a molecule again (P-2) reflected. Ultimately, however, this molecule (P-2) will only have the normal energy of the environment and therefore no further impulse can be exerted on the rotor.

Die Geschwindigkeit der Molekularbewegung ist in der Regel ein Vielfaches höher als die eines Rotors. Vorige theoretische Aussagen sind darum aber keinesfalls bedeutungslos. Als logische Konsequenz ergibt sich vielmehr, daß möglichst jedes Fluidmolekül seine Energie direkt an den Rotor abgeben sollte, d. h. ein möglichst dünner Strahl des Fluids sollte auf eine möglichst große Oberfläche des Rotors aufprallen können.The speed of the molecular movement is usually many times higher than that of a rotor. However, previous theoretical statements are by no means meaningless. The logical consequence is rather, that as much as possible each fluid molecule should deliver its energy directly to the rotor, d. H. a The thinnest possible jet of the fluid should be able to strike the largest possible surface of the rotor.

Ein weiteres Aufprallen eines Moleküls (Q-2) auf die zurückweichende Oberfläche es Rotors (RO) erzielt nur wesentliche Wirkung, wenn die Reflektion an einem Gehäuseteil erfolgt, welcher allgemein als Strator (ST) bezeichnet wird. Der Abstand zwischen Rotor und Strator sollte dabei möglichst gering sein, so daß in einem relativ dünnen Fluidstrahl möglichst wenig unproduktive Fluidströmungen aufkommen können. Wichtig ist dabei, daß diese zielgerichteten und fortgesetzten Kollisionen im Rahmen einer weiterhin harmonisch geführten Strömung erfolgen, im Idealfall wiederum in Form von Potentialdrall.Another impact of a molecule (Q-2) on the receding surface of the rotor (RO) is only achieved essential effect if the reflection occurs on a housing part which is generally used as a strator (ST) referred to as. The distance between the rotor and strator should be as small as possible, so that in one relatively thin fluid jet as little unproductive fluid flows can arise. Important is ensuring that these targeted and continued collisions continue to be harmonious guided flow, ideally again in the form of potential swirl.

2.11. Essentielle Ansatzpunkte2.11. Essential starting points

In der Natur gibt es nahezu keine gerade Linie. Ausnahme davon sind Kristalle, die zugleich auch die Körper größter Festigkeit sind. Fluide dagegen bewegen sich in vielfältigen Drehbewegungen. Das ist nicht willkürlich so, sondern offensichtlich der Weg des geringsten Widerstandes. Es ist Zielsetzung dieser Patentanmeldung, diese harmonischen Bewegungsabläufe, so gut als technisch machbar, in Maschinen zu realisieren.There is almost no straight line in nature. The exception to this are crystals, which are also the body greatest strength. Fluids, on the other hand, move in a variety of rotary movements. It is not arbitrary like that, but obviously the path of least resistance. The aim of this patent application is to implement these harmonious movements, as well as technically feasible, in machines.

Strömungsmaschinen müssen prinzipiell so ausgelegt werden, daß ein Durchsatz möglichst großer Masse mit möglichst großer Geschwindigkeit erfolgt. Die Erzeugung bzw. Nutzung von Druck darf nur Folge davon sein.In principle, turbomachines have to be designed in such a way that a throughput of as large a mass as possible speed is as high as possible. The generation or use of pressure may only be a consequence of this.

Dieses bedeutet, daß Strömungsmaschinen das Fluid in einer optimalen Strömungsform, der Potentialdrall­ strömung, zuzuführen ist. Bei der Umsetzung der Energieform muß diese gerichtete Strömung so lang und so gut als möglich erhalten, bei Pumpen wesentlich gestärkt, werden.This means that turbomachines the fluid in an optimal flow form, the potential swirl flow to be supplied. When implementing the form of energy, this directional flow must be so long and so well preserved as possible, significantly strengthened with pumps.

Diese Energieumsetzung kann nicht ohne Umlenkung von Fluidströmen erfolgen. Dabei ist wiederum wertvoll, daß relativ gerichtete Strömungen um eine Rotationsachse sich mit relativ geringem Widerstand um eine weitere Achse schwenken lassen. Allerdings muß bei der Umlenkung auch beachtet werden, welche Form von Kraftübertragung sinnvoll ist, Sog oder Druck, zwischen Fluidströmen bzw. zwischen Fluid und festem Körper.This energy conversion cannot take place without redirecting fluid flows. Again, it is valuable that relatively directional flows around an axis of rotation with a relatively low resistance around a allow another axis to pivot. However, when redirecting it must also be considered which form of Power transmission makes sense, suction or pressure, between fluid flows or between fluid and solid body.

Nach diesen Gesichtspunkten und oben dargestellten Prinzipien sind nachfolgende Konstruktionen entwickelt. The following constructions have been developed based on these aspects and the principles outlined above.  

3. Konstruktionselemente3. Construction elements 3.1. Vordrallerzeuger3.1. Pre-swirl generator Funktionfunction

Dieses Konstruktionselement dient der Erzeugung eines Fluidstroms mit Drall, bestehend aus einem Hauptstrom (inklusive Kernstrom) sowie einem Nebenstrom.This construction element is used to generate a fluid flow with swirl, consisting of a Main stream (including core stream) and a secondary stream.

KonstruktionsprinzipConstruction principle

Dieses Konstruktionselement entspricht dem in der Rohrerfindung dargestellten Konstruktionselement "Behälterauslauf bzw. Rohreinlauf". Das dortige Konstruktionselement besteht ausschließlich aus festen Teilen, während hier ein Rotor wesentlicher Bestandteil ist.This construction element corresponds to the construction element shown in the pipe invention "Container outlet or pipe inlet". The construction element there consists exclusively of solid parts, while a rotor is an essential part here.

In einem relativ großen Einlaufbereich mit sich verjüngendem Durchmesser dreht sich ein Rotor. Dieser stellt prinzipiell ein Rohr dar, dessen Durchmesser sich von hinten nach vorn vergrößert, jedoch mit stets kleinerem Durchmesser als der des Einlaufbereiches. (Als "hinten" wird hier stets die Richtung bzw. Maschinenseite bezeichnet, aus der die Strömung kommt, als "vorn" wird stets die Richtung bzw. Maschinenseite bezeichnet, in welche die Strömung fließt). Durch Öffnungen im Rotor wird Fluid in den Rotor gesaugt bzw. gedrückt, welches als Hauptstrom durch den Rotor abfließt. Durch die Sogwirkung des Rotors wie durch Reibung an seiner Außenfläche wird das Fluid im gesamten Einlaufbereich in Bewegung radial wie parallel zur Achse versetzt. Zwischen Einlaufwandung und Rotorwandung fließen die äußeren Bereiche dieser Strömung als Nebenstrom ab. Vom Einlauf bis zum Auslauf stellen die Bewegungen aller Fluidteile insgesamt eine Potentialdrallströmung dar.A rotor rotates in a relatively large inlet area with a tapering diameter. This represents basically a tube, the diameter of which increases from the back to the front, but with an ever smaller one Diameter than that of the inlet area. (The "rear" is always the direction or machine side from which the flow comes, "front" always means the direction or machine side, in which the current flows). Fluid is sucked or pressed into the rotor through openings in the rotor, which flows through the rotor as the main flow. By the suction effect of the rotor as by friction Its outer surface causes the fluid to move radially and parallel to the axis in the entire inlet area transferred. The outer areas of this flow flow between the inlet wall and the rotor wall Sidestream. From the inlet to the outlet, the movements of all fluid parts represent a total Potential swirl flow.

Konstruktive AusführungConstructional execution

In Bild 3, links, ist schematisch und beispielhaft dieses Konstruktionselement im Längsschnitt dargestellt. Im Gehäuse (GE) der Maschine ist das Einlaufrohr (A-3) feststehend. Die Wandungen des Einlaufrohres weisen runden Querschnitt auf, welcher sich von hinten nach vom verringert. Die Dimensionierung dieses Einlauf­ bereiches in Relation zum Rotor (RO) kann bzw. sollte größer gewählt werden als in der Zeichnung dargestellt Wenn das Fluid einem Behälter entnommen wird, sollte die in oben genanntem Konstruktionselement der Rohr­ erfindung dargestellte hyperbelförmige Ausbildung des Einlaufbereiches verwendet werden. Figure 3, left, shows a schematic and exemplary longitudinal section of this construction element. The inlet pipe (A-3) is fixed in the housing (GE) of the machine. The walls of the inlet pipe have a round cross section, which decreases from the back to the. The dimensioning of this inlet area in relation to the rotor (RO) can or should be chosen to be larger than shown in the drawing. If the fluid is removed from a container, the hyperbolic design of the inlet area shown in the above-mentioned structural element of the tube invention should be used.

Auf gleicher Achse wie der des Einlaufrohres ist der Rotor (RO) um seine Rotationsachse (RA) drehbar gelagert. Der Rotor wird durch ein Rohr dargestellt, dessen Durchmesser stets geringer ist als der des Einlaufrohres. Der Durchmesser des Rotors erweitert sich von hinten nach vorn. Er ist im hinteren Bereich nicht vollflächig als Rohr ausgebildet, sonders wird aus einer oder vorzugsweise mehreren Schaufeln gebildet Die Längsachse dieser Schaufeln verlaufen vom kleinsten bis zum größten Durchmesser des Rotors parallel zur Rohrachse, können alternativ dazu zur Rohrachse auch einen Winkel aufweisen, können geraden oder gebogenen Verlauf aufweisen. The rotor (RO) can be rotated about its axis of rotation (RA) on the same axis as that of the inlet pipe stored. The rotor is represented by a tube, the diameter of which is always smaller than that of the Inlet pipe. The diameter of the rotor widens from the back to the front. He is in the back not designed as a full surface as a tube, but is especially formed from one or preferably several blades The longitudinal axis of these blades run parallel to the smallest to the largest diameter of the rotor Pipe axis, can alternatively also have an angle to the pipe axis, can be straight or have a curved course.  

In Bild 3, rechts, ist beispielhaft ein Querschnitt dieses Bereiches dargestellt (in vergrößertem Maßstab gegenüber der linken Darstellung). Der Rotor dreht sich (hier im Uhrzeigersinn) um die Rotationsachse (RA). In Bild 3, rechts oben, ist ein Rotor mit zwei Schaufeln dargestellt. Die Schaufeln (I-3) sind im Prinzip analog zur Darstellung oben genannten Konstruktionselementes der Rohrerfindung geformt. Ausgehend von einem äußeren Radius sind sie nach innen gekrümmt bis zu einem inneren Radius. Zur Stabilisierung dieser Form wie zur Steuerung des Fluidstromes sollten zwischen diesen Raben und zwischen den Schaufeln (I-3) Leitbleche (H-3) angebracht sein. In Bild 3, mittig, ist schematisch dargestellt, wie diese Leitbleche (H-3) gegenüber der Rotationsachse (RA) angestellt sein sollten: von hinten nach vorn mit sich vergrößerndem Anstellwinkel. Es könnte somit im Prinzip ein Leitblech installiert sein, das von hinten nach vorn spiralförmig gewunden ist, dabei kontinuierlich größere Radien aufweist und kontinuierlich größere Anstellwinkel. Etwa senkrecht zu seinen Flächen stehen dann die Schaufeln mit ihrer jeweiligen Krümmung von der Außenkante bis zur Innenkante des Leitbleches. In Bild 3, rechts unten, ist als weiteres Beispiel ein Rotor bestehend aus vier profilierten Schaufeln (I-3) dargestellt, zwischen den Schaufeln sind wiederum Leitbleche (H-3) angeordnet. Figure 3, right, shows an example of a cross-section of this area (on an enlarged scale compared to the illustration on the left). The rotor turns (here clockwise) around the axis of rotation (RA). Figure 3, top right, shows a rotor with two blades. In principle, the blades (I-3) are shaped analogously to the representation of the above-mentioned construction element of the pipe invention. Starting from an outer radius, they are curved inwards to an inner radius. To stabilize this shape and to control the fluid flow, baffles (H-3) should be installed between these ravens and between the blades (I-3). Figure 3, in the middle, shows schematically how these guide plates (H-3) should be positioned with respect to the axis of rotation (RA): from back to front with an increasing angle of attack. In principle, therefore, a baffle plate could be installed that is spirally wound from the back to the front, continuously having larger radii and continuously larger angles of attack. The blades with their respective curvature from the outer edge to the inner edge of the guide plate are then approximately perpendicular to its surfaces. In Figure 3, bottom right, a rotor consisting of four profiled blades (I-3) is shown as a further example; baffles (H-3) are in turn arranged between the blades.

Zwischen der Wandung des Einlaufbereiches (A-3) und dem Rotor können Leitbleche hinten (E-3) und vorn (G-3) installiert sein. Diese können einerseits der Lagerung des Rotors dienen oder auch den Antrieb des Rotors vermitteln. Lagerung wie Antrieb können mit bekannter Technik erfolgen und sind darum nicht dargestellt. Die Anstellwinkel dieser Leitbleche sollte wiederum der jeweils gewünschten Stromrichtung entsprechen. Hintere Leitbleche (E-3) sollte in sich gewunden sein, um innen einen stärkeren Drall und außen nur einen geringeren Drall zu erzeugen. Vordere Leitbleche (G-3) sollten den relativ größten Anstellwinkel aller Leitbleche aufweisen.Baffles at the rear (E-3) and at the front can be between the wall of the inlet area (A-3) and the rotor (G-3) installed. These can be used on the one hand to support the rotor or to drive the rotor Convey rotors. Storage and drive can be done with known technology and are therefore not shown. The angle of attack of these baffles should in turn correspond to the desired current direction correspond. Rear baffles (E-3) should be twisted to give a stronger swirl inside and outside to produce less swirl. Front baffles (G-3) should have the relatively largest angle of attack of all baffles.

Das hintere Ende (F-3) des Rotors kann massiv ausgeführt sein oder aber ein Rohr relativ geringen Durch­ messers darstellen. In diesem Rohr könnte der Kernstrom als Starrer Wirbel ausgelöst werden, wenn im Rohr entsprechende Leitbleche angebracht werden. Diese dürften nur an der Innenwandung dieses Rohrabschnitts angebracht sein und sollten nur geringe Höhe aufweisen.The rear end (F-3) of the rotor can be solid or a relatively small tube represent knife. In this tube the core flow could be triggered as a rigid vortex if in the tube appropriate baffles are attached. These should only be on the inner wall of this pipe section attached and should be only a small height.

Besondere EigenschaftenSpecial properties

Alle oben theoretisch dargestellten Voraussetzungen zur Auslösung einer Potentialdrallströmung wie oben aufgestellte Kriterien zum sinnvollen Einsatz von Sog bzw. Druck zwischen Fluid und festen Körpern werden mit dieser Konstruktion erfüllt:
Das am Einlauf anstehende Fluid (B-3) erfährt durch die Leitbleche (E-3) bereits Drall, allerdings die Masse des Fluids im (größeren) äußeren Bereich nur sehr geringen Drall, dagegen im (kleineren) inneren Bereich einen stärkeren Drall. Mittig kann bereits eine Grenzfläche des Kernstroms mit Starrem Winkel eingeleitet werden.
This construction fulfills all the theoretically described prerequisites for triggering a potential swirl flow, such as the criteria set out above for the sensible use of suction or pressure between fluid and solid bodies:
The fluid (B-3) at the inlet is already swirling through the baffles (E-3), but the mass of the fluid in the (larger) outer area is only very small, but in the (smaller) inner area is stronger. An interface of the nuclear current with a rigid angle can already be introduced in the middle.

Die hinten noch relativ turbulente Strömung (sofern nicht das oben genannte Konstruktionselement der Rohr­ erfindung eingesetzt werden kann) parallel zur Rohrachse wird dort bereits durch das Leitblech (H-3) in radiale Bewegung gelenkt. Dieses Leitblech erfaßt zunächst wiederum nur einen relativ kleinen inneren Bereich mit relativ flachem Anstellwinkel, bildet jedoch bis vorn eine durchgängige Fläche mit zuletzt relativ starker Anstellung, erfaßt also sukzessiv alle Teilströme mit kontinuierlichem Verlauf.The relatively turbulent flow at the rear (unless the above-mentioned construction element of the pipe invention can be used) parallel to the tube axis is already there by the baffle (H-3) in radial Guided movement. This baffle initially only covers a relatively small inner area relatively flat angle of attack, but forms a continuous surface up to the front with a relatively strong end Employment, so successively records all partial flows with a continuous course.

Die äußeren Wandungen der Schaufeln weichen durch den von hinten nach vorn anwachsenden Durchmessers des Rotors nur sehr sanft zurück. Sie erzeugen damit einen gleichförmigen Sog, welcher Fluid in Richtung Rohrachse (RA) zu fließen bewirkt. Fluid fließt damit auch ins Innere des Rotors, wo dessen zurückweichende innere Wandungen (von innen nach vorn gesehen) diesen Sog fortsetzten. Dieser Sog im Innern begünstigt das Einwirbeln der Fluidströmung. Weniger Sog und zugleich mehr Druck wird dort ausgeübt, wenn die Schaufeln (I-3) profiliert sind, ohne dadurch Widerstand wie bei tragflächenförmigen Schaufeln zu erzeugen. Das Fluid im Innern des Rotors wird durch Reibung an der Innenwandung radial beschleunigt und erfahrt damit auch Zentrifugalkraft, welche an den schrägen inneren Rotorwandungen eine axiale Kraftkomponente aufweist. Durch Sog, Druck und Fliehkraft kommt damit eine Bewegung parallel zur Rotationsache zustande.The outer walls of the blades give way due to the increasing diameter from the back to the front of the rotor only very gently. They create a uniform suction, which fluid in the direction Causes pipe axis (RA) to flow. Fluid also flows into the interior of the rotor, where its retreating inner walls (seen from the inside to the front) continue this pull. This suction inside favors that Whirling the fluid flow. Less suction and at the same time more pressure is exerted there when the blades (I-3) are profiled without creating resistance as with wing-shaped blades. The fluid inside the rotor is accelerated radially by friction on the inner wall and thus experiences Centrifugal force, which has an axial force component on the inclined inner rotor walls. Through suction, pressure and centrifugal force, a movement occurs parallel to the rotation axis.

Innen besteht damit stets ein Sog, während der Einlaufbereich sich verengt, so daß von dessen Wandungen (A-3) stets ein Druck von außen gegeben ist, die gewünschte Druckdifferenz also gegeben ist. Dieser Druck von außen bewirkt, wie oben theoretisch dargestellt, eine Stärkung des Einrollens der Potentialdrallströmung.Inside there is always a suction, while the inlet area narrows, so that from its walls (A-3) there is always an external pressure, i.e. the desired pressure difference is given. This pressure from externally, as theoretically presented above, the curling of the potential swirl flow is strengthened.

Außerdem wird durch die Drehung des Rotors und die damit verbundene Reibung an der Rotoraußenseite ein Potentialwirbel erzeugt (analog z. B. wie ein Potentialwirbel im Wasserglas erzeugt wird, wenn mittig ein Holzstab gedreht wird). Indem nach vorn immer mehr Fluid ins Innere des Rotors strömt, bekommt dieser äußere Potentialwirbel auch Bewegung parallel zur Rotationsache (analog z. B. wie durch Gravitation der Abfluß des Wassers aus der Badewanne dieses bewirkt).In addition, the rotation of the rotor and the associated friction on the outside of the rotor Potential vortex generated (analogously e.g. how a potential vortex is generated in the water glass when in the middle Wooden stick is turned). As more and more fluid flows into the interior of the rotor, it gets it outer potential vortices also movement parallel to the rotation axis (analogue e.g. as by gravitation of the Drainage of water from the bathtub causes this).

Der Anstellwinkel der Leitbleche (H-3) wie die Krümmung der Schaufeln (I-3) bewirken Druck auf das Fluid zur Erzeugung von Bewegung in radialer wie axialer Richtung. Diese Kräfte setzen jedoch niemals abrupt ein, sondern ausschließlich in sanfter und kontinuierlicher Weise. In Relation zum Querschnitt des abfließenden Hauptstroms (C-3) sind diese Wirkflächen außerordentlich groß. Der Nachteil großer Flächen in Form von Reibung wird hier jedoch zum Vorteil: er bewirkt wesentlich die Ausbildung der Potentialdrallströmung im gesamten Fluidbereich. Ohne besonderen Aufwand kommt so auch der Nebenstrom (D-3) zustande.The angle of attack of the guide plates (H-3) and the curvature of the blades (I-3) cause pressure on the fluid for generating movement in radial and axial directions. However, these forces never set in abruptly, but only in a gentle and continuous manner. In relation to the cross section of the draining Main current (C-3), these effective areas are extremely large. The disadvantage of large areas in the form of However, friction becomes an advantage here: it essentially causes the formation of the potential swirl flow in the entire fluid range. The secondary flow (D-3) is also achieved without any special effort.

Obige Druckseiten wirken ohne nachteilige Sogseiten. Aller Sog von festen Körpern auf das Fluid wie von Fluidströmungen eines Bereiches auf andere Bereiche erfolgt sanft und kontinuierlich. Sämtliche Strömungen in dieser Maschine können so absolut laminar verlaufen, aber niemals linear, sondern sich stets eindrehend. The above printed pages work without disadvantageous suction pages. All suction from solid bodies to the fluid as from Fluid flows from one area to other areas are smooth and continuous. All currents this machine can run absolutely laminar, but never linear, but always turning.  

Der Energieaufwand dieser Maschine wird zum Teil lediglich darauf verwandt, die Voraussetzungen zur Ausbildung einer umfangreichen Potentialdrallströmung zu schaffen. Die dieser Bewegungsform inne­ wohnende Dynamik kann damit genutzt werden. Aufgrund der fluidgerechten Bewegungsabläufe in der gesamten Maschine wird der Energiebedarf relativ gering, der Wirkungsgrad entsprechend groß sein.The energy consumption of this machine is only partly used to meet the requirements for To create an extensive potential swirl flow. This type of movement Living dynamics can thus be used. Due to the fluid-compatible movements in the the entire machine, the energy requirement will be relatively low, the efficiency will be correspondingly high.

Dieses Konstruktionselement erzeugt eine Potentialdrallströmung mit Haupt- und Nebenstrom. Dieser kann noch verstärkt werden, wenn diesem Vordrallerzeuger auf gleicher Achse eine Pumpe nachgeschaltet wird.This construction element generates a potential swirl flow with main and secondary flow. This can are further reinforced if a pump is connected downstream of this pre-swirl generator on the same axis.

3.2. Rohrpumpe3.2. Tube pump Funktionfunction

Dieses Konstruktionselement dient der Erzeugung einer Potentialdrallströmung.This construction element serves to generate a potential swirl flow.

KonstruktionsprinzipConstruction principle

Das Konstruktionsprinzip ist analog zu oben dargestellten Vordrallerzeuger. Im Unterschied zu diesem wird hier jedoch kein Haupt- und Nebenstrom erzeugt, sondern der gesamte Fluidstrom in ein Rohr abgegeben.The design principle is analogous to the pre-swirl generator shown above. Unlike this, here However, no main and secondary flow is generated, but the entire fluid flow is discharged into a tube.

Konstruktive AusführungConstructional execution

In Bild 4 ist schematisch und beispielhaft diese Rohrpumpe dargestellt mit einem Längsschnitt. Die Strömung ist dabei von links nach rechts dargestellt. Alle Ausführung bezüglich Rotor, Leitbleche und Schaufel aus vorig dargestelltem Vordrallerzeuger gelten analog. Anders als dort ist folgendes:
Die Wandungen des Einlaufbereiches (A-4) verjüngen sich nach hinten bis auf den Durchmesser des den Fluidstrom aufnehmenden Rohres. Durch die Öffnungen des Rotors zwischen den Schaufeln fließt die gesamte einlaufende Fluidmenge (B-4) in den Rotor (RO), d. h. der Hauptstrom (C-4) wie auch obiger Nebenstrom (D-3 bzw. D-4) fließen gemeinsam ab. Es sind hinten darum auch keine Leitbleche zwischen der Wandung des Einlaufbereiches und dem Rotor erforderlich. Anstelle dessen ist hinten die Lagerung (G-4) im Gehäuse (GE) schematisch dargestellt. Dort könnte z. B. auch der Antrieb des Rotors erfolgen, beispielsweise durch am Rotor außen angebrachte Komponenten eines Elektromotors.
This tube pump is shown schematically and exemplarily in Figure 4 with a longitudinal section. The flow is shown from left to right. All designs with regard to the rotor, guide plates and blade from the pre-swirl generator shown above apply analogously. Other than there is the following:
The walls of the inlet area (A-4) taper to the rear to the diameter of the tube that receives the fluid flow. Through the openings of the rotor between the blades, the entire incoming amount of fluid (B-4) flows into the rotor (RO), ie the main flow (C-4) and the above secondary flow (D-3 or D-4) flow together . Therefore, no baffles between the wall of the inlet area and the rotor are required at the rear. Instead, the bearing (G-4) in the housing (GE) is shown schematically at the rear. There z. B. also the drive of the rotor, for example by externally attached to the rotor components of an electric motor.

Besondere Eigenschaften und AnwendungSpecial properties and application

Diese Maschine weist alle positiven Eigenschaften vorig dargestellten Vordrallerzeugers in entsprechender Weise auf. Es wird hier jedoch sofort eine Potentialdrallströmung in einem Rohr erzeugt. Dieses bedeutet geringes Bauvolumen und eine sehr kompakte Bauweise.This machine has all the positive properties of the pre-swirl generator shown above in a corresponding way Way on. However, a potential swirl flow is immediately generated in a pipe here. This means low volume and a very compact design.

Damit ist diese Rohrpumpe für viele Zwecke direkt einsetzbar, könnte andrerseits jedoch auch mit nachfolgender Zentrifugalpumpe gekoppelt werden. This means that this tube pump can be used directly for many purposes, but could also be used on the other hand subsequent centrifugal pump can be coupled.  

3.3. Zentrifugalpumpe3.3. centrifugal pump Funktionfunction

Dieses Konstruktionselement dient der Erzeugung einer Potentialdrallströmung.This construction element serves to generate a potential swirl flow.

KonstruktionsprinzipConstruction principle

In dieser Pumpe wird in einem großflächigen Einlaufbereich in axialer Richtung Fluid angesaugt. Ein Rotor ist mit Leitblechen in radialer Richtung bestückt, deren Anstellwinkel gegenüber der Rotationsachse hinten groß ist, vorn jedoch nahezu null ist. Das Fluid wird parallel zur Rotationsachse beschleunigt und zugleich in radialer Richtung. Das Fluid fließt in radialer Richtung, zugleich mit größter Bahngeschwindigkeit, tangential aus dem Rotor ab und tangential in ein Schneckengehäuse ein. Dort wird eine außerordentlich starke Potential­ drallströmung erzeugt.In this pump, fluid is drawn in in the axial direction in a large inlet area. A rotor is equipped with baffles in the radial direction, the angle of attack of which is large at the rear with respect to the axis of rotation is, but is almost zero in front. The fluid is accelerated parallel to the axis of rotation and at the same time in radial direction. The fluid flows in a radial direction, at the same time as the greatest path speed, tangentially out of the rotor and tangentially into a worm housing. There is an extraordinarily strong potential swirl flow generated.

Konstruktive AusführungConstructional execution

In Bild 5, links oben, ist schematisch und beispielhaft eine Zentrifugalpumpe dargestellt im Längsschnitt. In einem Gehause (GE) ist eine Rotor (RO) mit seiner Rotationsachse (RA) drehbar gelagert. Der Rotor besitzt eine Außenwand (A-5), deren Durchmesser hinten möglichst groß ist, mittig geringer ist, vorn wieder größer wird. Der Rotor besitzt eine Innenwand (B-5), welche bis etwa geringstem Durchmesser der Außenwandung des Rotors identisch ist mit der Rotorachse, nach vom jedoch größer wird. Ganz vorn ist zwischen Außenwand und Innenwand der Auslauf (C-5) des Rotors. Zwischen Außenwand und Innenwand des Rotors sind Leit­ bleche (D-5) angebracht in vorzugsweise radialer Richtung. Der Anstellwinkel in Bezug auf die Rotationsachse (RA) ist hinten steil, wird zunehmend flacher und ist vorn nahezu null, d. h. fast parallel zur Rotationsachse.In Figure 5, top left, a centrifugal pump is shown schematically and as an example in longitudinal section. A rotor (RO) with its axis of rotation (RA) is rotatably mounted in a housing (GE). The rotor has an outer wall (A-5), the diameter of which is as large as possible at the rear, smaller in the middle, and larger again at the front. The rotor has an inner wall (B-5) which is identical to the rotor axis up to approximately the smallest diameter of the outer wall of the rotor, but becomes larger towards the front. At the very front is the outlet (C-5) of the rotor between the outer wall and the inner wall. Between the outer wall and inner wall of the rotor guide plates (D-5) are attached in a preferably radial direction. The angle of attack in relation to the axis of rotation (RA) is steep at the back, becomes increasingly flatter and is almost zero at the front, ie almost parallel to the axis of rotation.

In Bild 5, rechts, sind schematisch diese Anstellwinkel der Leitbleche (D-5) in Bezug auf die Rotationsachse (RA) dargestellt. Vorzugsweise werden mehrere solcher Leitbleche installiert, welche spiralförmig um die Rotorachse gewunden sind mit kontinuierlich ansteigender Anstellung in Bezug auf die Rotorachse. Figure 5, right, schematically shows these angles of attack of the guide plates (D-5) in relation to the axis of rotation (RA). Preferably, several such baffles are installed, which are spirally wound around the rotor axis with continuously increasing inclination with respect to the rotor axis.

Zwei Querschnitte solcher Kammern sind in Bild 5, unten, schematisch dargestellt. Hinten (im Bild nach links weisend) ist der Querschnitt nahezu ein Kreisausschnitt (6-5), welcher gebildet wird durch die Rotor-Außen­ wandung (A-5), die Leitbleche (D-5) und die Rotationsachse (RA). Vorn ist der Querschnitt einer solchen Kammer kleiner (im Bild nach rechts weisend), weil nun anstelle der Rotorachse diese Kammer innen durch die Rotor-Innenwandung (B-5) dargestellt wird. Die Fläche dieser Querschnitte sollten von hinten nach vorn durch entsprechende Formgebung der Rotor-Außen- und Innenwandung so gestaltet werden, daß sie der im jeweiligen Bereich gewünschten Fluidgeschwindigkeit in den Kammern entsprechen.Two cross sections of such chambers are shown schematically in Figure 5, below. At the rear (pointing to the left in the picture), the cross section is almost a circular section ( 6-5 ), which is formed by the outer rotor wall (A-5), the guide plates (D-5) and the axis of rotation (RA). The cross-section of such a chamber is smaller at the front (pointing to the right in the picture), because instead of the rotor axis, this chamber is now represented on the inside by the inner wall of the rotor (B-5). The area of these cross sections should be designed from the back to the front by appropriate shaping of the rotor outer and inner walls in such a way that they correspond to the desired fluid velocity in the chambers in the respective area.

Der Auslauf (C-5) des Rotors mündet in einen Überleitkanal (E-5) des Gehäuses und dieser mündet tangential in eine Gehäuseschnecke (F-5). Diese Schnecke hat an ihrem Beginn einen minimalen Durchmesser (z. B. wie im Bild links), in Rotationsrichtung wird dieser größer (z. B. wie im Bild rechts), nach einer vollen Umdrehung hat sie ihren maximalen Durchmesser (z. B. wie im Bild links gestrichelt gezeichnet). Der Überleitkanal (E-5) sollte vorzugsweise den Fluidstrom in das Schneckengehäuse (F-5) so einbringen, daß die stärkere Fluid­ strömung (im Rotor an der Außenwand) in das Schneckengehäuse (F-5) innen einfließt, die schwächere Fluidströmung (im Rotor an der Innenwand) außen. Der Fluidstrom im Schneckengehäuse kann letztlich tangential in ein Auslaufrohr abgegeben werden (im Bild nicht dargestellt).The outlet (C-5) of the rotor opens into a transfer duct (E-5) of the housing and this opens tangentially into a housing screw (F-5). This screw has a minimal diameter at the beginning (e.g. how in the picture on the left), in the direction of rotation it becomes larger (e.g. as in the picture on the right) after a full rotation  it has its maximum diameter (e.g. as shown in dashed lines in the image on the left). The transfer channel (E-5) should preferably introduce the fluid flow into the screw housing (F-5) so that the stronger fluid flow (in the rotor on the outer wall) flows into the worm housing (F-5) inside, the weaker Fluid flow (in the rotor on the inner wall) outside. The fluid flow in the screw housing can ultimately be discharged tangentially into an outlet pipe (not shown in the picture).

Besondere Eigenschaften und AnwendungSpecial properties and application

Konventionelle Zentrifugalpumpen weisen in der Regel folgende Nachteile hinsichtlich der Fluidströmung auf: der Einlaufbereich nahe der Rotorachse stellt eine Kreis- oder Kreisringfläche relativ geringen Querschnitts dar. Der Auslaufbereich am äußeren Rand des Rotors dagegen stellt einen Rohrmantelabschnitt relativ großen Umfangs dar. Die Geometrie der Kammern verändert sich von innen nach außen. Der Einlauf des Fluids erfolgt meist in axialer Richtung ohne Drall. Das Fluid wird abrupt per Druck durch die Schaufeln in tangentialer Richtung beschleunigt. Durch die von innen nach außen größer werdende tangentiale Distanz zwischen den Schaufeln entsteht ein starker Sog. Damit kommt es innerhalb der Kammern schon zu turbulenten, d. h. unproduktiven Strömungen. Durch weitgehend tangentiale Anstellung der Schaufeln am äußeren Rand des Rotors fließt das Fluid weitgehend in radiale Richtung ab. Die hohe Bahngeschwindigkeit außen am Rotor kann damit nicht auf das Fluid übertragen werden.Conventional centrifugal pumps generally have the following disadvantages with regard to fluid flow: the inlet area near the rotor axis represents a circular or circular area of relatively small cross-section The outlet area on the outer edge of the rotor, however, represents a relatively large tubular casing section The geometry of the chambers changes from the inside to the outside. The inlet of the fluid usually takes place in the axial direction without swirl. The fluid is abruptly pushed in by the blades accelerated tangential direction. Due to the increasing tangential distance from the inside to the outside there is a strong suction between the blades. So it already happens within the chambers turbulent, d. H. unproductive currents. By largely tangential adjustment of the blades on The outer edge of the rotor flows largely in the radial direction. The high web speed it cannot be transferred to the fluid on the outside of the rotor.

Demgegenüber weist die hier dargestellte Zentrifugalpumpe folgende prinzipielle Vorteile auf: es steht ein großflächiger Einlaufbereich zur Verfügung. Das Fluid wird durch die Anstellung der Leitschaufeln sanft und zunächst vorwiegend in axiale Richtung beschleunigt. Der dem Fluid zur Verfügung stehende Querschnitt wird kontinuierlich verringert entsprechend der Beschleunigung, zunächst von außen her (solange die Zentrifugal­ kraft noch nicht zu groß ist), dann von innen her. Die Beschleunigung geht kontinuierlich über in zunehmende Beschleunigung in Rotationsrichtung. Der Querschnitt der Kammern verringert sich dabei nurmehr von innen her, während die äußere Begrenzung der Kammern nahezu konstant bleibt. Es ist damit kaum Druckgefalle in den Kammern in tangentialer Richtung gegeben. Der Druck ist vielmehr stets von innen nach außen anwachsend. Durch den wieder größer werdenden Durchmesser der Rotor-Außenwandung wirkt die Zentrifugalkraft beschleunigend auf den generellen Fluidstrom. Vom Einlauf bis zum Auslauf bewegen sich alle Fluidteile in spiraligen Bahnen, also bestmöglich in stationärer bzw. laminarer Strömung. Die Leitbleche weisen stets in radiale Richtung. Das Fluid tritt vorn mit der dort größten Bahngeschwindigkeit aus dem Rotor aus. Im Rotor wird praktisch nur ein Starrer Wirbel erzeugt, wobei allerdings die Fluidströmung bestmöglich geordnet ist und in zweckentsprechende Richtung weist. Durch das tangentiale Einfließen in das Schnecken­ gehäuse entsteht dort erst die Potentialdrallströmung, allerdings von außerordentlichen Stärke.In contrast, the centrifugal pump shown here has the following basic advantages: large inlet area available. The fluid becomes gentle and gentle by the adjustment of the guide vanes initially accelerated mainly in the axial direction. The cross section available to the fluid becomes continuously reduced according to the acceleration, initially from the outside (as long as the centrifugal force is not yet too large), then from the inside. The acceleration continues to increase Acceleration in the direction of rotation. The cross section of the chambers is only reduced from the inside forth, while the outer boundary of the chambers remains almost constant. So there is hardly any pressure drop in given the chambers in the tangential direction. Rather, the pressure is always from the inside out growing. Due to the increasing diameter of the rotor outer wall, the Centrifugal force accelerating on the general fluid flow. Move from the inlet to the outlet all fluid parts in spiral paths, so as best as possible in stationary or laminar flow. The baffles always point in the radial direction. The fluid emerges from the rotor at the front at the highest path speed out. Practically only a rigid vortex is generated in the rotor, although the fluid flow is optimal is ordered and points in the appropriate direction. Due to the tangential flow into the screw This is where the potential swirl flow first arises, but of extraordinary strength.

Eine Zentrifugalpumpe vorstehend beschriebener Art wird höchsten Wirkungsgrad aufweisen und für viele Zwecke eingesetzt werden. A centrifugal pump of the type described above will have the highest efficiency and for many Purposes.  

3.4. Drucksperre3.4. Pressure lock Funktionfunction

Dieses Konstruktionselement dient dazu, ein Fluid von einem ersten Bereich in einen zweiten Bereich fließen zu lassen, wobei vom zweiten Bereich keine Rückwirkung auf den ersten Bereich erfolgt, selbst wenn im zweiten Bereich ein höherer statischer Druck als im ersten Bereich herrscht.This construction element serves to flow a fluid from a first area into a second area to leave, with no effect on the first area from the second area, even if in the in the second area there is a higher static pressure than in the first area.

KonstruktionsprinzipConstruction principle

Bei diesem Konstruktionselement wird Fluid tangential einer Gehäuseschnecke zugeführt analog zu oben dargestellter Zentrifugalpumpe. Der Fluidstrom wird jedoch nicht einem Abflußrohr übergeben. Die Gehäuse­ schnecke wird vielmehr weiter geführt auf in etwa kreisförmiger Bahn mit nahezu gleichbleibendem Radius. Der Querschnitt bleibt dabei beispielsweise ein Drittel eines Kreisbogen lang gleich groß. Danach verjüngt sich der Querschnitt auf null binnen eines vollen Kreisbogens und weist in diesem Bereich Öffnungen auf, durch welche das Fluid tangential in einen zweiten Bereich abfließen kann, analog zum Zufluß, in der Regel auch in gleiche Richtung wie dieser weisend.With this construction element, fluid is fed tangentially to a housing screw analogous to the above shown centrifugal pump. However, the fluid flow is not passed to a drain pipe. The housing Rather, snail is continued on an approximately circular path with an almost constant radius. The cross section, for example, remains the same size for a third of an arc. After that it tapers the cross section to zero within a full circular arc and has openings in this area through which the fluid can flow tangentially into a second area, analogous to the inflow, usually also in pointing in the same direction as this.

Konstruktive AusführungConstructional execution

In Bild 6, links, ist schematisch und beispielhaft eine Drucksperre in einem Querschnitt zur Achse (RA) dar­ gestellt. Anstelle einer über einen vollen Kreisbogen verlaufenden Gehäuseschnecke sind hier beispielsweise drei solcher Gehäuseschnecken eingezeichnet. Eine Gehäuseschnecke beschreibt ein Drittel eines Kreisbogens, wobei ihr Durchmesser vom ihrem kleinsten zu ihrem größten Durchmesser anwächst. In diesem Bereich (A-6) wird der Gehäuseschnecke Fluid tangential zugeführt analog zu obiger Gehäuseschnecke (F-5) durch einen Überleitkanal analog zu obigem (E-5, in Bild 6 links nicht dargestellt). Die Gehäuseschnecke wird in gleichem Drehsinn auf etwa gleichem Radius mit etwa gleichem Querschnitt ein zweites Drittel des Kreis­ bogens lang fortgeführt. In diesem Bereich (B-6) weist die Gehäuseschnecke keine Öffnungen auf. Danach verjüngt sich der Querschnitt während eines letzten Drittels eines Kreisbogens auf null. In diesem Bereich (C-6) ist tangential wiederum ein Überlaufkanal analog obigem angebracht (in Bild 6 links nicht dargestellt). Figure 6, left, shows schematically and exemplarily a pressure lock in a cross-section to the axis (RA). Instead of a housing screw running over a full circular arc, three such housing screws are shown here, for example. A shell screw describes a third of an arc, with its diameter increasing from its smallest to its largest diameter. In this area (A-6) fluid is fed tangentially to the housing screw analogous to the above housing screw (F-5) through a transfer channel analogous to the above (E-5, not shown in Figure 6 on the left). The housing screw is continued in the same direction of rotation on approximately the same radius with approximately the same cross section for a second third of the arc. In this area (B-6) the housing screw has no openings. The cross-section then tapers to zero during the last third of an arc. In this area (C-6) there is again an overflow channel similar to the one above (not shown in Figure 6 on the left).

In Bild 6, rechts, ist schematisch ein Querschnitt längs der Achse dargestellt. Innen angeordnet ist der Einlauf­ bereich (A-6) dieser Gehäuseschnecke, außen der Auslaufbereich (C-6). Die Anordnung aller Bereiche der Gehäuseschnecke ist hier beispielhaft in einer Ebene dargestellt, diese könnten auch versetzt zu einander sein. Schematisch dargestellt sind hier die Überleitungskanäle, welchen den Fluidstrom (D-6) in das Schnecken­ gehäuse einbringen. Die Überleitkanäle zum kleinsten und größten Durchmesser der Schnecke liegen räumlich eng beisammen. Sie sind hier nur schematisch dargestellt als zwei Überleitkanäle, praktisch wird man eine strömungsgünstigere Anordnung wählen. Im Bild 6, links, sind die entsprechenden Positionen durch Kreise gekennzeichnet. Der Auslaufbereich (C-6) dieser Gehäuseschnecke ist im Prinzip analog zum Einlaufbereich angelegt mit entsprechendem Überleitungskanal für den Abfluß (E-6) des Fluids. Anstelle dieser drei Gehäuseschnecken könnten auch ein andere Anzahl einen vollen Kreisbogen abdecken. Figure 6, right, shows a cross-section along the axis. The inlet area (A-6) of this housing screw is arranged on the inside, the outlet area (C-6) on the outside. The arrangement of all areas of the housing screw is shown here by way of example in one plane; these could also be offset from one another. The transfer channels, which bring the fluid flow (D-6) into the screw housing, are shown schematically here. The transfer channels to the smallest and largest diameter of the screw are spatially close together. They are only shown schematically here as two transfer channels, in practice you will choose a more aerodynamic arrangement. In Figure 6, left, the corresponding positions are identified by circles. The outlet area (C-6) of this housing screw is in principle laid out analogously to the inlet area with a corresponding transfer channel for the outflow (E-6) of the fluid. Instead of these three housing screws, a different number could also cover a full circular arc.

Besondere Eigenschaften und AnwendungSpecial properties and application

Wie schon bei obiger Zentrifugalpumpe dargestellt, wird mit einer tangentialen Zuführung eines Fluids in eine Gehäuseschnecke ein Potentialdrallstrom außerordentlicher Stärke erzeugt. Dessen Weiterführung im gleichen Drehsinn bewirkt nur einen minimalen Widerstand. Durch die gleichgerichteten Bewegungen im gesamten Strom läßt sich das Fluid mit ebenso unbedeutendem Verlust wieder tangential aus der Gehäuseschnecke ausleiten. Normalerweise ergibt sich bei der Überleitung eines Fluids von einem Behälter in einen anderen Behälter sofortiger Druckausgleich. Der Druck in diesem System besteht jedoch vorwiegend aus Staudruck aufgrund der hohen Geschwindigkeiten radial wie axial im Rohr. Der Auslaufbereich bildet praktisch eine Düse länglichen Querschnitts über einen vollen Kreisbogen hinweg. Die Geschwindigkeit des Fluids in dieser Düse ist so hoch, daß selbst ein höherer statischer Druck im das Fluid aufnehmenden Behälter keine Rück­ wirkung auf die Strömungs- und Druckverhältnisse des Behälters entstehen können, welcher das Fluid abgibt.As already shown with the above centrifugal pump, a tangential supply of a fluid into a Casing screw generates a potential swirl current of extraordinary strength. Its continuation in the same Direction of rotation causes only minimal resistance. Through the rectified movements throughout The fluid can be streamed tangentially from the housing screw with an equally insignificant loss divert. Typically, when a fluid is transferred from one container to another Instant pressure equalization tank. However, the pressure in this system mainly consists of back pressure due to the high speeds both radially and axially in the tube. The outlet area practically forms one Elongated cross-section nozzle over a full circular arc. The speed of the fluid in this Nozzle is so high that even a higher static pressure in the fluid-receiving container has no return can have an effect on the flow and pressure conditions of the container which releases the fluid.

Mit diesem Konstruktionselement wird bei optimalen Strömungsverhältnissen eine nahezu absolute Sperrung eines Drucks gegen die Stromrichtung gewährleistet. Ein Anwendungsbeispiel wird weiter unten dargestellt.With this construction element, an almost absolute blockage is achieved with optimal flow conditions guaranteed a pressure against the current direction. An application example is shown below.

3.5. Potentialdrallpumpe3.5. Potential swirl pump Funktionfunction

Dieses Konstruktionselement dient dazu, ein Bündel starker Potentialdrallströmungen herzustellen.This construction element serves to produce a bundle of strong potential swirl currents.

KonstruktionsprinzipConstruction principle

Dieses Konstruktionselement stellt einerseits eine Zentrifugalpumpe dar. Die Kammern zwischen den Schaufeln weist von innen nach außen konstante oder kleiner werdende Querschnittsfläche auf. Die Wand­ ungen der Kammern werden nicht vollständig durch den Rotor abgebildet, sondern teilweise vom Gehäuse oder auch von einem schneller als der Rotor drehenden Körper. Dieser wird im folgenden "Beschleunigungsrotor" genannt. Die Strömung in den Kammern erfolgt wie bei einer Zentrifugalpumpe von innen nach außen. Außerdem jedoch wird das Fluid in den Kammern in von innen nach außen zunehmend stärkere Rotation versetzt um die Langsachse der Kammern. Dadurch wird Fluid aus dem Einlaufbereich mit starkem Sog eingesaugt. Andrerseits entstehen dadurch auf der Auslaufseite außerordentlich starke Potentialdrallströme aus jeder Kammer, wobei dieses gesamte Bündel von Wirbelzöpfen zusätzlich eine starke Rotation aufweist.On the one hand, this structural element represents a centrifugal pump. The chambers between the Buckets have a constant or decreasing cross-sectional area from the inside to the outside. The wall The chambers are not completely imaged by the rotor, but partly by the housing or also from a body rotating faster than the rotor. In the following "acceleration rotor" called. The flow in the chambers takes place from the inside out as with a centrifugal pump. In addition, however, the fluid in the chambers becomes increasingly stronger rotation from the inside out offset around the longitudinal axis of the chambers. As a result, fluid is drawn out of the inlet area with strong suction sucked in. On the other hand, this creates extremely strong potential swirl currents on the outlet side each chamber, with this entire bundle of vertebrae additionally showing strong rotation.

Diese Konstruktionsprinzipien sind in Bild 7, oben, schematisch dargestellt. Links ist ein Ausschnitt eines Rotors (RO) einer Zentrifugalpumpe gezeigt, welcher auf seiner Rotationsachse (RA) als im Uhrzeigersinn drehend zu betrachten ist. Innen erfolgt der Einlauf bei relativ kleinem Radius. Der Fluidstrom (A-7) fließt durch eine Kammer (B-7) von innen nach außen zum Auslauf bei relativ großem Radius. Anstelle von gekrümmten Schaufeln sind hier Segmente eingezeichnet, welche die Wandungen der Kammern bilden. Die Kammer (B-7) weist damit von innen nach außen gleichen Querschnitt auf. These design principles are shown schematically in Figure 7, above. A section of a rotor (RO) of a centrifugal pump is shown on the left, which is to be regarded as rotating clockwise on its axis of rotation (RA). Inside, the entry takes place with a relatively small radius. The fluid flow (A-7) flows through a chamber (B-7) from the inside out to the outlet with a relatively large radius. Instead of curved blades, segments are drawn here which form the walls of the chambers. The chamber (B-7) thus has the same cross-section from the inside to the outside.

Im Bild 7, oben mittig, ist ein Längsschnitt dargestellt (nur eine Hälfte der symmetrischen Maschine). Die Wandungen des Gehäuses (GE) bilden den Einlaufbereich ab, in welcher der Fluidstrom (A-7) eintritt. Der hintere Teil des Rotor (RO) ist im Bereich der Rotationsachse (RA) konusförmig dargestellt, so daß der Fluid­ strom in radiale Richtung umgelenkt wird. Er fließt durch die Kammer (B-7), welche Bestandteil des Rotors ist. Aber lediglich drei Wandungsseiten der Kammer werden durch den Rotor abgebildet, die vierte Wandungs­ seite wird durch das Gehäuse (GE) dargestellt. In Bild 7, oben rechts, ist eine Draufsicht dargestellt, welche dieses verdeutlicht: Der Rotor (RO) bewegt sich relativ zum Gehäuse (GE). Das Fluid in der Kammer (B-7) dreht sich mit der Geschwindigkeit des Rotors um die Rotationsachse. Es wird dabei jedoch an der Gehäuse­ wandung abgebremst und erfährt damit zusätzlich eine Rotation um die Längsachse der Kammer (B-7). Die Differenz der relativen Geschwindigkeiten zwischen Rotor und Gehäuse wächst proportional zum Radius. Innen ist die Rotation des Fluids um die Längsachse der Kammer also relativ gering und wird nach außen zunehmend stärker. Figure 7, top center, shows a longitudinal section (only one half of the symmetrical machine). The walls of the housing (GE) represent the inlet area in which the fluid flow (A-7) enters. The rear part of the rotor (RO) is shown conically in the area of the axis of rotation (RA), so that the fluid flow is deflected in the radial direction. It flows through the chamber (B-7), which is part of the rotor. But only three wall sides of the chamber are represented by the rotor, the fourth wall side is represented by the housing (GE). Figure 7, top right, shows a top view that illustrates this: The rotor (RO) moves relative to the housing (GE). The fluid in the chamber (B-7) rotates about the axis of rotation at the speed of the rotor. However, it is braked on the housing wall and thus also experiences a rotation about the longitudinal axis of the chamber (B-7). The difference in relative speeds between the rotor and the housing increases in proportion to the radius. The rotation of the fluid around the longitudinal axis of the chamber is therefore relatively small on the inside and becomes increasingly stronger on the outside.

In Bild 7, mittlere Darstellungszeile links, ist nochmals ein Ausschnitt einer Draufsicht dargestellt. Das Gehäuse (GE) ist feststehend, der Rotor (RO) dreht sich (hier im Bild von unten nach oben). Im Rotor ist nun eine Kammer (C-7) dargestellt mit runden Wandungen des Rotors. Ein Teil der Kammerwandung wird wiederum durch das Gehäuse gebildet. Ein Beschleunigungsrotor (D-7) rotiert ebenfalls um die Rotationsachse, jedoch mit höherer Drehzahl, vorzugsweise doppelt so schnell wie der Rotor. Auch er bildet einen Teil der Kammerwandung. Durch seine größere Geschwindigkeit beschleunigt er die Rotation des Fluids in der Kammer um deren Längsachse. Dieser Körper wird darum "Beschleunigungsrotor" genannt. Figure 7, middle line on the left, shows another section of a top view. The housing (GE) is fixed, the rotor (RO) rotates (here in the picture from bottom to top). A chamber (C-7) is now shown in the rotor with round walls of the rotor. Part of the chamber wall is in turn formed by the housing. An acceleration rotor (D-7) also rotates about the axis of rotation, but at a higher speed, preferably twice as fast as the rotor. It also forms part of the chamber wall. Due to its higher speed, it accelerates the rotation of the fluid in the chamber about its longitudinal axis. This body is therefore called the "acceleration rotor".

Mit dieser Konzeption wird praktisch erreicht, daß die Wandungen (bzw. Teile davon) eines Rohres (bzw. der länglichen Kammer mit prinzipiell rundem Querschnitt) sich zunehmend schneller verdrehen, analog zur Bewegung der Potentialdrallströmung. Diese Konzeption ist damit Abbildung eines Tornados durch feste Teile.With this concept it is practically achieved that the walls (or parts thereof) of a pipe (or the elongated chamber with a basically round cross section) twist increasingly faster, analogous to Movement of the potential swirl flow. This conception is therefore a representation of a tornado by solid parts.

In einer axialen Ebene zur Kammerlängsachse kann Fluid sich beliebig schnell drehen ohne Konsequenzen nach außen. Ganz anders verhält es sich, wenn das Fluid zusätzlich eine Bewegung in Richtung der Kammer­ längsachse ausführt. Diese Bewegung radial zur Rotationsachse (RO) ist allein schon gegeben aufgrund der Zentrifugalkraft. Außerdem könnten auf die durch den Rotor gebildete Wandung der Kammer (B-7) Leitbleche angebracht werden oder Nuten eingearbeitet sein, praktisch ein Gewinde eingeschnitten sein, allerdings mit von innen nach außen größerer Steigung. Andrerseits sollten die Wandungsteile des Rotors möglichst glatt sein, um die Rotation in der Kammer nicht zu bremsen. Besonders die Druckseite der Rotorwandungen sollten möglichst glatt sein. Nur auf der Sogseite der Rotorwandung (G-7) sollten also Leitbleche oder Nuten angebracht sein. Die Wandungen des Gehäuses und besonders des Beschleunigungsrotors können relativ raus sein, um die Rotation in der Kammer zu fördern. Durch Gehäuse wie Beschleunigungsrotor werden aufgrund deren flacher Wandungen Druck auf den Fluidwirbel ausgeübt. Damit sind alle Voraussetzungen zur Ausbildung einer Potentialdrallströmung in den Kammern des Rotors um die Kammernlängsachse gegeben. In an axial plane to the longitudinal axis of the chamber, fluid can rotate at any speed without consequences outward. The situation is completely different if the fluid additionally moves in the direction of the chamber runs along the longitudinal axis. This movement radial to the axis of rotation (RO) is already given due to the Centrifugal force. In addition, baffles could be on the wall of the chamber (B-7) formed by the rotor be attached or grooves, practically cut a thread, but with from the inside to the outside with a larger incline. On the other hand, the wall parts of the rotor should be as smooth as possible so as not to slow down the rotation in the chamber. Especially the pressure side of the rotor walls should be as smooth as possible. Baffles or grooves should only be on the suction side of the rotor wall (G-7) to be appropriate. The walls of the housing and especially the acceleration rotor can get out relatively to promote rotation in the chamber. Due to housing like acceleration rotor whose flat walls exerted pressure on the fluid vortex. This means that all the requirements for Formation of a potential swirl flow in the chambers of the rotor about the longitudinal axis of the chamber.  

Anstelle der durch Druck und Sog verursachten turbulente Strömungen herkömmlicher Zentrifugalpumpen treten gerichtete Bewegungsabläufe ein. Dieses hat enorme Konsequenzen. Wenn sich eine Potentialdrall­ strömung ausbilden kann und dabei die Querschnittsfläche der Kammern von innen nach außen in entsprech­ endem Maße verringert wird, ergibt dieses eine große Geschwindigkeit des Fluids beim Austritt aus der Kammer. Wenn diese Querschnittsfläche relativ gleich gehalten wird, dann ergibt dieses einen sehr starken Sog im Einlaufbereich. In jedem Fall wird der Durchsatz dieser Maschine sehr viel höher sein als bei konventionellen Zentrifugalpumpen.Instead of the turbulent flows of conventional centrifugal pumps caused by pressure and suction directional movements occur. This has enormous consequences. If there is a potential swirl can form flow and the cross-sectional area of the chambers from the inside to the outside accordingly is reduced, this results in a high velocity of the fluid as it exits the Chamber. If this cross-sectional area is kept relatively the same, then this results in a very strong one Suction in the inlet area. In any case, the throughput of this machine will be much higher than that of conventional centrifugal pumps.

Als nachteilig mag erscheinen, daß das Fluid nicht am gesamten, äußeren Umfang des Rotors gleichmäßig austritt, sondern in Form einzelner Wirbelzöpfe. Zwischen diesen entsteht ein relativer Unterdruck. Dieser könnte genutzt werden, um eine starke Einrollung des Fluidstromes insgesamt zu erreichen. Oder dessen Sogwirkung kann benutzt werden, wie weiter unten dargelegt wird.A disadvantage may appear that the fluid is not uniform over the entire outer circumference of the rotor emerges, but in the form of individual pegs. A relative negative pressure develops between these. This could be used to achieve a strong curl of the fluid flow overall. Or its Suction can be used as outlined below.

Konstruktive AusführungConstructional execution

In Bild 7, mittlere Darstellungszeile rechts, ist ein Längsschnitt beispielhaft für diese Potentialdrallpumpe dargestellt. Im Einlaufbereich (im Bild links) steht eine Strömung an, welche zweckmäßigerweise schon entsprechenden Drall aufweist. Die Außenwandung des Fluidstroms wird stets durch das Gehäuse (GE) dargestellt. Der Rotor (RO) weist zunächst eine konusförmige Gestalt im Bereich der Rotationsachse (FA) auf, um den Fluidstrom in radiale Richtung umzulenken. Im Rotor befinden sich die Kanäle (C-7), wobei nur zwei Wandungsseiten durch den Rotor abgebildet werden. Die innere bzw. vordere Wandung der Kammern wird durch den Beschleunigungskörper (D-7) dargestellt. Der Fluidstrom verläßt die Maschine (im Bild nach rechts) hier in axiale Richtung und durch die Drehung des Rotors zugleich drehend um die Rotationsachse. Zusätzlich bildet jeder Fluidstrom aus jeder Kammer in sich eine Potentialdrallströmung um ihre Kammerlängsachse. Figure 7, middle line on the right, shows a longitudinal section as an example for this potential swirl pump. In the inlet area (on the left in the picture) there is a flow, which expediently already has a corresponding swirl. The outer wall of the fluid flow is always represented by the housing (GE). The rotor (RO) initially has a conical shape in the region of the axis of rotation (FA) in order to deflect the fluid flow in the radial direction. The channels (C-7) are located in the rotor, with only two wall sides being imaged by the rotor. The inner or front wall of the chambers is represented by the accelerator (D-7). The fluid flow leaves the machine (to the right in the picture) here in the axial direction and at the same time rotating around the axis of rotation due to the rotation of the rotor. In addition, each fluid flow from each chamber forms a potential swirl flow around its longitudinal axis.

In Bild 7, untere Darstellungszeile, ist ein weiteres Beispiel dieser Potentialdrallpumpe dargestellt, rechts ein schematischer Längsschnitt analog vorigem. Im Einlaufbereich steht hier eine Strömung mit Haupt- und Nebenstrom an, wie sie z. B. durch oben dargestellten Vordrallerzeuger abgegeben wird. Die äußere Wandung des Fluidstromes insgesamt wird weiterhin durch das Gehäuse (GE) abgebildet. Innerhalb dieser befindet sich das Hauptstromrohr (F-7). Im Rotor (RO) wird weiterhin der Haupt- vom Nebenstrom getrennt. Darum ist dort eine runde Wandung installiert, welche hinten dem Hauptrohr entsprechenden Durchmesser aufweist, der nach vom sich erweitert. Der Hauptstrom wird durch Kammern (C-7) geleitet, wobei drei Wandungsseiten vom Rotor abgebildet werden und eine vom Beschleunigungsrotor (D-7). Der Nebenstrom wird durch Kammern (E-7) geleitet, wobei drei Wandungsseiten vom Rotor und eine durch das Gehäuse abgebildet werden. Bild 7, untere Darstellungszeile links, zeigt einen entsprechenden Querschnitt des Auslaufbereiches. Die Kammern des Hauptstroms (C-7) sind gegenüber den Kammern des Nebenstroms (E-7) versetzt angeordnet, beide sind durch die Hauptrohrwandung (F-7) des Rotors getrennt. In allen Kammern wird sich Potentialdrallströmung in gleichem Drehsinn ausbilden. Viele andere Ausführungen entsprechend obiger Prinzipien sind machbar. A further example of this potential swirl pump is shown in Figure 7, lower line of the illustration, on the right a schematic longitudinal section analogous to the previous one. In the inlet area there is a flow with main and secondary flow, such as z. B. is delivered by the vortex generator shown above. The outer wall of the fluid flow as a whole is still imaged by the housing (GE). Inside this is the main flow pipe (F-7). The main and secondary flows are still separated in the rotor (RO). That is why a round wall is installed there, which has a diameter at the back corresponding to the main pipe, which widens towards the front. The main flow is passed through chambers (C-7), with three sides of the wall being imaged by the rotor and one by the acceleration rotor (D-7). The sidestream is passed through chambers (E-7), with three sides of the wall being imaged by the rotor and one by the housing. Figure 7, lower line on the left, shows a corresponding cross-section of the outlet area. The chambers of the main flow (C-7) are offset from the chambers of the secondary flow (E-7), both are separated by the main tube wall (F-7) of the rotor. Potential swirl flow will develop in the same direction of rotation in all chambers. Many other designs according to the above principles are feasible.

Besondere Eigenschaften und AnwendungSpecial properties and application

Diese Potentialdrallpumpe vereinigt in sich die Vorteile einer Zentrifugalpumpe herkömmlicher Art mit den Vorteilen der Potentialdrallströmung. Auf das Fluid wird der durch den Rotor erzeugte Druck in den Rotor­ kammern optimal in Rotationsbewegung des Fluids übertragen. Durch die von hinten nach vorn größer werdenden Radien des Rotors erfährt das Fluid Zentrifugalkraft und fließt entsprechend tangential ab. Durch die Rotation des Fluids um die Längsachse der Kammern bildet sich Potentialdrallströmung aus mit deren Eigendynamik. Diese Potentialdrallpumpe weist darum hohen Wirkungsgrad auf. Sie ist geeignet für Anwendungen vielfältiger Art. Sie könnte z. B. auch in Form des später beschriebenen Wirbelbehälters eingesetzt werden.This potential swirl pump combines the advantages of a conventional centrifugal pump with the Advantages of the potential swirl flow. The pressure generated by the rotor is applied to the fluid in the rotor transfer chambers optimally in rotational movement of the fluid. By being larger from the back to the front As the radius of the rotor increases, the fluid experiences centrifugal force and flows off tangentially. By the rotation of the fluid around the longitudinal axis of the chambers forms potential swirl flow with them Momentum. This potential swirl pump is therefore very efficient. It is suitable for Applications of various kinds. B. also in the form of the vortex container described later be used.

3.6. Sogpumpe3.6. Suction pump Funktionfunction

Dieses Konstruktionselement dient dazu, ein Bündel von Potentialdrallströmungen allein aufgrund von Sogwirkung und damit geringem Energieaufwand zu erzeugen.This construction element serves to create a bundle of potential swirl flows solely due to To generate suction and thus low energy consumption.

KonstruktionsprinzipConstruction principle

Wesentliches Merkmal dieser Sogpumpe ist, daß auf der Innenwandung des Gehäuses Kanäle angebracht sind, welche von hinten bis vorn spiralförmigen Verlauf aufweisen. Die Kanäle haben asymmetrischen Querschnitt mit einer Abrißkante. Der Rotor dagegen hat stets runden Querschnitt und seine Oberfläche sollte relativ rauh sein, damit das Fluid "anhaftet". Durch die Drehung des Rotors wird damit das Fluid in ebenfalls drehende Bewegung versetzt. Die Radien des Rotors sind von hinten nach vorn ansteigend, womit durch die "Haftung" des Fluids dessen Drehung von hinten nach vom zunehmende Geschwindigkeit erreicht. Das Fluid streicht über die Abrißkanten obiger Kanäle und bewirkt eine zusätzliche Drehung des Fluids in den Kanälen, wobei sich Potentialdrallströmung ausbilden wird. Die Kanäle weisen hinten einen relativ steilen Winkel zur Rotationsachse auf, im mittleren Teil einen wesentlich flacheren Winkel und nach vorn wieder etwas steileren Winkel auf. Die Potentialdrallwirbelzöpfe verlassen die Maschine damit in axialer wie tangentialer Richtung.An essential feature of this suction pump is that channels are provided on the inner wall of the housing, which have a spiral course from back to front. The channels have an asymmetrical cross section with a tear-off edge. The rotor, on the other hand, always has a round cross-section and its surface should be relatively rough be so that the fluid "adheres". By rotating the rotor, the fluid is also rotating Moves. The radii of the rotor increase from the back to the front, which means that the "liability" of the fluid whose rotation from the back to the increasing speed reached. The fluid strokes over the tear edges of the above channels and causes an additional rotation of the fluid in the channels, whereby potential swirl flow will form. The channels have a relatively steep angle to the rear Rotation axis up, in the middle part a much flatter angle and a little steeper towards the front Angle on. The potential swirl vortex braids leave the machine in axial and tangential directions.

Konstruktive AusführungConstructional execution

In Bild 8, oben, ist schematisch und beispielhaft ein Längsschnitt durch diese Sogpumpe dargestellt. Der Fluidstrom verläuft von links nach rechts. Der Rotor (RO) dreht sich um die Rotationssachse (RA). Der Rotor hat stets runden Querschnitt mit von hinten nach vorn anwachsendem Radius. Bestandteil des Gehäuse (GE) ist die Innenwandung (A-8) mit prinzipiell ebenfalls rundem Querschnitt. Dessen Radius ist im Einlaufbereich relativ groß, verringert sich zur Mitte hin und ist nach vorn wieder ansteigend. Von hinten nach vorn sind auf der Innenwandung (A-8) Kanäle (B-8) ausgebildet. Sie verlaufen in Spiralform, wobei hinten die Anstellung gegenüber der Rotationsachse relativ steil ist, dann flacher wird zur Mitte hin und hinten wieder steiler wird. Die Kanäle weisen hinten gegenüber der Innenwandung eine geringe Höhe aus, welche zur Mitte hin größer wird und nach vorn die gesamte Höhe des für das Fluid zur Verfügung stehenden Querschnitts einnehmen. In Figure 8, above, a longitudinal section through this suction pump is shown schematically and as an example. The fluid flow runs from left to right. The rotor (RO) rotates around the axis of rotation (RA). The rotor always has a round cross-section with a radius that increases from the back to the front. Part of the housing (GE) is the inner wall (A-8), which in principle is also round in cross-section. Its radius is relatively large in the inlet area, decreases towards the center and increases again towards the front. Channels (B-8) are formed on the inner wall (A-8) from back to front. They run in a spiral shape, with the position at the back being relatively steep with respect to the axis of rotation, then becoming flatter towards the center and steeper again at the back. The channels have a small height at the rear compared to the inner wall, which increases towards the center and at the front occupies the entire height of the cross section available for the fluid.

In Bild 8 sind in der unteren Darstellungszeile schematisch einige Abschnitte des Querschnitts des Rotors (RO), der Innenwandung (A-8) wie der Kanäle (B-8) dargestellt. Die Drehung des Rotors wird dabei im Uhrzeigersinn unterstellt. Die Abrißkanten der Kanäle weisen in diese Drehrichtung. Die Kanäle haben einerseits die Funktion von Leitblechen, insofern könnten sie auch von hinten nach vorn die gesamte Höhe des dem Fluid jeweils zur Verfügung stehenden Querschnitts einnehmen. Andrerseits soll in den Kanälen sich eine zusätzliche Potentialdrallströmung ausbilden können. Insofern ist sinnvoll, daß diese Kanäle im Einlaufbereich (im Bild 8 links) zunächst praktisch nur eine Nut bilden, dann zunehmend größere Höhe in Bezug auf den dem Fluid zur Verfügung stehenden Querschnitt einnehmen. Durch die Rotation des Fluid (hier rechtsdrehend unterstellt) streicht dieses über die Abrißkanten und erzeugt im Kanal einen Sog, weicher eine Drehbewegung des Fluids innerhalb des Kanals ausbilden wird (hier dann gegen den Uhrzeigersinn gerichtet). Indem immer mehr Fluidanteile bei immer größerer Rotationsgeschwindigkeit darin einfließen (in Bild 8 mittig bzw. rechts), bildet sich die gewünschte Potentialdrallströmung mit der ihr innewohnenden Charakteristik aus.In figure 8, some sections of the cross-section of the rotor (RO), the inner wall (A-8) and the channels (B-8) are shown schematically in the lower display line. The rotation of the rotor is assumed to be clockwise. The tear-off edges of the channels point in this direction of rotation. On the one hand, the channels have the function of baffles, so they could also assume the entire height of the cross-section available to the fluid from the back to the front. On the other hand, an additional potential swirl flow should be able to develop in the channels. In this respect it makes sense that these channels initially form practically only one groove in the inlet area (left in Figure 8), then take on an increasingly greater height in relation to the cross section available to the fluid. Due to the rotation of the fluid (assumed to the right here), it sweeps over the tear-off edges and creates a suction in the channel, which forms a rotational movement of the fluid within the channel (here then directed counterclockwise). As more and more fluid fractions flow into it at an ever increasing rotational speed (in the middle or right in Figure 8), the desired potential swirl flow is formed with the inherent characteristics.

Besondere Eigenschaften und AnwendungSpecial properties and application

Diese Sogpumpe kann mit minimalem Energieaufwand betrieben werden. Es entstehen lediglich Reibungs­ verluste in den Lagern des Rotors sowie durch die Reibung des Fluids an den Oberflächen des Rotors. Die Wirkung dieser Sogpumpe wird dadurch erzielt, daß lediglich die Voraussetzungen zur Ausbildung des Potentialdrallstroms geschaffen werden und dessen Eigendynamik genutzt wird. Dem Fluid muß zur Ausbildung dieser Strömungsform genügend Zeit und Raum gegeben werden. Darum wird diese Maschine relativ großvolumig bauen. Der Wirkungsgrad jedoch wird entsprechend hoch sein. Diese Sogpumpe wird keinen großen Druck aufbauen können, dafür eine sehr sanfte Förderung des Fluids ergeben.This suction pump can be operated with minimal energy consumption. There is only friction losses in the bearings of the rotor and by the friction of the fluid on the surfaces of the rotor. The Effect of this suction pump is achieved in that only the requirements for training the Potential swirl current are created and its own dynamic is used. The fluid must Training this flow form will be given enough time and space. That is why this machine build relatively large. However, the efficiency will be correspondingly high. This suction pump will can not build up a lot of pressure, but result in a very gentle delivery of the fluid.

3.7. Wirbelbehälter3.7. Vortex container Funktionfunction

Mit diesem Konstruktionselement wird eine schonende Verwirbelung zur Mischung verschiedener Bestandteile in einem Fluid bzw. eine intensive Verwirbelung eines Fluids bei geringem Energieaufwand erreicht.With this construction element, gentle swirling becomes a mixture of different components achieved in a fluid or an intensive swirling of a fluid with low energy consumption.

KonstruktionsprinzipConstruction principle

Dieser Wirbelbehälter basiert auf dem oben beschriebenen Konstruktionsprinzip der Sogpumpe, wobei hier die Fluidförderung in einem geschlossenen Kreislauf statt findet. Alternativ dazu kann das Konstruktionsprinzip oben beschriebener Potentialdrallpumpe eingesetzt werden, wobei dann ebenfalls die Fluidförderung in einem geschlossenen Kreislauf statt findet.This vortex tank is based on the construction principle of the suction pump described above, the here Fluid delivery takes place in a closed cycle. Alternatively, the design principle Potential swirl pump described above are used, in which case the fluid delivery in one closed cycle takes place.

Konstruktive AusführungConstructional execution

In Bild 9, rechts, ist schematisch und beispielhaft ein Längsschnitt durch diesen Wirbelbehälter dargestellt. Darin eingezeichnet ist schematisch der gewünschte Strömungskreislauf. In einem hyperbelförmigen Mittelteil ist eine Potentialdrallströmung ausgebildet mit enger werdenden Stromlinien. Unten fließt die Strömung spiralförmig auf größer werdenden Radien auseinander und kehrt so zurück zum oben angeordneten Einlauf­ bereich. Diese fortwährende Rotationsbewegung besteht ihrerseits aus Wirbelzöpfen, bildet somit eine Idealform der Wirbelströmung ab.A longitudinal section through this vortex container is shown schematically and as an example in Figure 9, right. The desired flow circuit is shown schematically therein. A potential swirl flow is formed in a hyperbolic middle part with narrowing streamlines. At the bottom, the flow flows apart in a spiral on increasing radii and thus returns to the inlet area at the top. This continuous rotational movement in turn consists of vortex braids, thus representing an ideal shape of the vortex flow.

In Bild 9, links, ist schematisch ein Längsschnitt durch ein Wirbelbehälter dargestellt, nur ein Hälfte dieser symmetrischen Maschine. Auf der Rotationsachse (RA) dreht sich der Rotor (RO). Der Rotor ist mittig durch eine relativ dünne Achse dargestellt, sein Radius wird unten größer und seine Wandung läuft außen zurück nach oben. Oben wird die Behälteraußenwandung dargestellt durch das Gehäuse (GE). Bestandteil des Gehäuses sind dort Leitbleche (D-9), über welche ein Körper (E-9) mit dem Gehäuse fest verbunden ist. Die Außenwandungen dieses Körpers stellen die innere Wandungen (A-9) des Behälters dar. Die Formgebung der Rotorwandungen, der Gehäusewandungen wie der Wandungen (A-9) des inneren Körpers (E-9) sind so gestaltet, daß sich ein hyperbelförmiger Einlaufbereich ergibt, welcher übergeht in einen Rücklaufbereich geringer werdenden Querschnitts. Auf den Wandungen (A-9) sind Kanäle (B-9) angebracht, deren Querschnitte prinzipiell analog zu denen der oben beschriebenen Sogpumpe angelegt sind. Die Anstellung dieser Kanäle in Bezug auf die Rotationsachse ist entsprechend der gewünschten, prinzipiellen Stromrichtungen (z. B. wie in Bild 9 rechts dargestellt) auszurichten. Entsprechenden Verlauf weisen auch die Leitbleche (D-9) auf. Figure 9, left, schematically shows a longitudinal section through a vortex tank, only half of this symmetrical machine. The rotor (RO) rotates on the axis of rotation (RA). The rotor is represented in the middle by a relatively thin axis, its radius increases at the bottom and its wall runs back upwards on the outside. At the top, the outer wall of the container is represented by the housing (GE). Part of the housing there are baffles (D-9), via which a body (E-9) is firmly connected to the housing. The outer walls of this body represent the inner walls (A-9) of the container. The shape of the rotor walls, the housing walls and the walls (A-9) of the inner body (E-9) are designed so that there is a hyperbolic inlet area , which merges into a return area of decreasing cross-section. On the walls (A-9) there are channels (B-9), the cross sections of which are in principle analogous to those of the suction pump described above. The positioning of these channels in relation to the axis of rotation must be aligned according to the desired basic current directions (e.g. as shown in Figure 9 on the right). The guide plates (D-9) also have a corresponding course.

Ein optionales Konstruktionselement sind Leitbleche bzw. Kanäle (C-9), welche im Außenbereich des Rotors angebracht sein können. Diese Leitbleche könnten als Turbinen-Schaufeln dienen, um Teile der für den Antrieb des Rotors aufgewandten Energie an einem großen Hebel zurück zu gewinnen. Sie könnten auch auf einem besonderen Rotor mit anderer Übersetzung montiert sein. Wenn anstelle der Leitbleche jedoch Kanäle (C-9) installiert werden, sollten diese analog zu den Kanälen (B-9) angelegt sein, jedoch mit ihren Abrißkanten gegen die Rotationsbewegung des Fluids gerichtet. Auch solche Kanäle könnten der Rückgewinnung von Energie dienen (gegebenenfalls wiederum auf einem separaten Rotor montiert) oder sie könnten der weiteren Verwirbelung des Fluids dienen.An optional construction element are baffles or channels (C-9), which are in the outer area of the rotor may be appropriate. These baffles could serve as turbine blades for parts of the for the Drive the rotor to recover energy expended on a large lever. You might as well a special rotor with a different ratio. If channels instead of the baffles (C-9) should be installed, they should be laid out analogously to the channels (B-9), but with their tear-off edges directed against the rotational movement of the fluid. Such channels could also be used for the recovery of Serve energy (if necessary, in turn mounted on a separate rotor) or they could be the other Swirl the fluid.

Alternativ zum Prinzip obiger Sogpumpe könnte auch die früher beschriebene Potentialdrallpumpe Basis dieses Konstruktionselements Wirbelbehälter sein. Auch dort entstehen in den Kanälen zwischen Rotor und Haupt­ stromrohr bzw. diesem und den Gehäusewandungen Potentialdrallströmungen, welche in oben beschriebener Weise zu einem Kreislauf des Fluids durch entsprechende Formgebung gelenkt werden können.As an alternative to the principle of the above suction pump, the previously described potential swirl pump could also be based on this Construction elements be vortex containers. There, too, arise in the channels between the rotor and the main Stromrohr or this and the housing walls potential swirl flows, which are described in the above Can be directed to a circuit of the fluid by appropriate shaping.

Die zum Befüllen bzw. Entleeren des Behälters erforderlichen Einrichtungen sind hier nicht dargestellt, weil problemlos mit bekannter Technik machbar.The facilities required for filling or emptying the container are not shown here because easily possible with known technology.

Besondere Eisenschaften und AnwendungSpecial ice properties and application

Dieser Wirbelbehälter erfordert wie obige Sogpumpe aufgrund der geringen Reibungsverluste nur geringen Energieeinsatz, welcher eventuell sogar wieder teilweise zurück zu gewinnen ist bei entsprechender Auslegung. Like the above suction pump, this vortex tank requires only a small amount due to the low friction losses Use of energy, which may even be partially recovered if appropriately designed.  

Die besondere Eigenschaft dieser Maschine ist, daß mit ihr eine Idealform der Wirbelbildung realisiert wird. Ausschließlich per Sogwirkung kann diese Verwirbelung erfolgen, wobei keinerlei "Wirbler" eingesetzt werden. Diese Maschine wird damit Anforderungen gerecht, wie sie z. B. beim Mischen diverser Bestandteile in einem Fluid erforderlich sind oder zur Herstellung kolloider Mischungen. Mit dieser Maschine wird auch die Zielsetzung einer schonenden, aber intensiven Verwirbelung eines Fluids in optimaler Weise erreicht, wie es z. B. zur Herstellung "Levitierten Wassers" bzw. "energetischem Wasser" oder anderem gewünscht ist.The special feature of this machine is that it creates an ideal form of vortex formation. This swirling can take place exclusively by suction, with no "whirlers" being used become. This machine thus meets the requirements such as B. when mixing various ingredients are required in a fluid or to produce colloidal mixtures. With this machine, too The objective of a gentle but intensive fluidization of a fluid is achieved in the best possible way e.g. B. for the production of "Levitated water" or "energetic water" or other is desired.

3.8. Ringwirbelbehalter3.8. Ring swivel holder Funktionfunction

Mit diesem Konstruktionselement wird eine schonende Verwirbelung zur Mischung verschiedener Bestandteile in einem Fluid bzw. eine intensive Verwirbelung eines Fluids bei geringem Energieaufwand erreicht. Die Teile des Fluids werden dabei prinzipiell auf den Bahnen eines Ringwirbels bewegt.With this construction element, gentle swirling becomes a mixture of different components achieved in a fluid or an intensive swirling of a fluid with low energy consumption. The parts of the fluid are in principle moved on the orbits of a ring vortex.

KonstruktionsprinzipConstruction principle

In Bild 10, oben links, ist der Querschnitt eines Behälters dargestellt. Der Behälter (A-10) wird gebildet zwischen einer äußeren Wandung und einer inneren Wandung. Beide Wandungen weisen fast ähnliche Form auf, die innere Wandung hat jedoch jeweils kleinere Durchmesser. Der Behälter ist unten U- bzw. V-förmig, er ist symmetrisch zu seiner Symmetrieachse (B-10). Oben laufen die äußere und innere Wandung jeweils zusammen. Dieser Behälter ist zum Teil mit Fluid gefüllt, z. B. mit Wasser bis zu einer Höhe C-10. Wenn dieser Behälter in Rotation um seine Symmetrieachse versetzt wird, weist die Oberfläche des Fluids eine konvexe Form auf. Figure 10, top left, shows the cross section of a container. The container (A-10) is formed between an outer wall and an inner wall. Both walls have an almost similar shape, but the inner wall has smaller diameters. The container is U-shaped or V-shaped at the bottom, it is symmetrical to its axis of symmetry (B-10). The outer and inner walls converge at the top. This container is partially filled with fluid, e.g. B. with water up to a height of C-10. When this container is rotated around its axis of symmetry, the surface of the fluid has a convex shape.

In Bild 10, oben rechts, ist der gleiche Behälter mit geneigter Symmetrieachse dargestellt. Wenn dieser Behälter in Rotation um seine Symmetrieachse versetzt wird, so weist die Oberfläche des Fluids eine unter­ schiedliche Form auf in Abhängigkeit von der Drehzahl bzw. der jeweiligen Relation von Zentrifugal- und Gravitationskraft. Wenn dieser Behälter relativ langsam gedreht wird, schwankt die Oberfläche des Fluids während einer Umdrehung zwischen den Wandungen hin und her. Maximal kann die Bewegung des Fluids in Bezug auf die Symmetrieachse beispielsweise die Strecke E-10 aufweisen. Figure 10, top right, shows the same container with an inclined axis of symmetry. If this container is set in rotation about its axis of symmetry, the surface of the fluid has a different shape depending on the speed or the respective relation of centrifugal and gravitational force. If this container is rotated relatively slowly, the surface of the fluid will fluctuate between the walls during one revolution. The movement of the fluid with respect to the axis of symmetry can have at most the distance E-10.

Diese Bewegung kann verstärkt werden, wenn der Behälter zusätzlich zu seiner Dre 99999 00070 552 001000280000000200012000285919988800040 0002019806507 00004 99880hung um seine Symmetrie­ achse um eine Rotationsachse gedreht wird. Dann überlagern sich beide Drehbewegungen. Zwischen der Außen- und Innenwandung des Behälters können Leitbleche installiert sein in gekrümmter Form. Dann überlagert auch noch diese Bewegungsrichtung die vorigen Bewegungen. Die Querschnitte der zwischen den Wandungen und den Leitblechen des Behälters gebildeten Kanäle können oben einen Querschnitt in Form eines Ringsegmentes aufweisen mit größerer Länge als Breite, unter aber einen rechteckigen Querschnitt mit größerer Höhe als Breite. Die Bewegung des Fluid ist dann zusätzlich gewendelt. Aus der Überlagerung aller Bewegungen ergibt sich für jedes Fluidteil in Annäherung ein Bahnverlauf analog dem in einem Ringwirbel. This movement can be increased if, in addition to its rotation, the container has 99999 00070 552 001000280000000200012000285919988800040 0002019806507 00004 99880h its symmetry axis is rotated about an axis of rotation. Then both rotary movements overlap. Between the The outer and inner walls of the container can have baffles installed in a curved shape. Then this direction of movement also overlaps the previous movements. The cross sections of the between the Walls and the baffles formed in the container can have a cross-section in the shape above of a ring segment have a greater length than width, but with a rectangular cross section greater height than width. The movement of the fluid is then additionally spiraled. From the overlay of all For each fluid part, there is an approximation of a path course similar to that in a ring vortex.  

Konstruktive AusführungConstructional execution

In Bild 10, mittlere Darstellungszeile, ist schematisch und beispielhaft ein Längsschnitt durch einen Ring­ wirbelbehälter dargestellt. In einem Gehäuse (GE) ist eine Rotationsachse (RA) gelagert, so daß sich ein Rotor (RO) um diese Rotationsachse drehen kann. Ein Behälter (A-10) entsprechend oben beschriebener, prinzip­ iellen Form ist im Rotor drehbar gelagert, wobei die Symmetrieachse (B-10) des Behälters zur Rotationsachse (RA) einen Winkel aufweist Rotor und Behälter drehen gleichsinnig. Die Synchronisation dieser Bewegungen kann über ein Getriebe in bekannter Weise realisiert werden. Hier ist schematisch und beispielsweise dieses Getriebe bestehend aus einem Zahnkranz (F-10) des Gehäuses und einem Zahnrad (G-10) des Behälters darge­ stellt. Unten ist der Behälter in einem Lager (H-10) des Rotors drehbar gelagert. Dieses Lager (H-10) ragt in den Behälter hinein. In diesem Lager ist ein Kanal (I-10) eingearbeitet, welcher den Durchfluß des Fluids von einer Seite des Behälters zur anderen zuläßt bzw. steuert.In Figure 10, middle line of the illustration, a longitudinal section through an annular vortex container is shown schematically and as an example. An axis of rotation (RA) is mounted in a housing (GE) so that a rotor (RO) can rotate about this axis of rotation. A container (A-10) corresponding to the basic form described above is rotatably mounted in the rotor, the axis of symmetry (B-10) of the container being at an angle to the axis of rotation (RA). The rotor and container rotate in the same direction. These movements can be synchronized in a known manner via a gear. Here is a schematic and, for example, this gear consists of a ring gear (F-10) of the housing and a gear (G-10) of the container Darge. At the bottom, the container is rotatably mounted in a bearing (H-10) of the rotor. This bearing (H-10) protrudes into the container. A channel (I-10) is incorporated in this bearing, which allows or controls the flow of the fluid from one side of the container to the other.

Zwischen den Wandungen des Behälters sind Leitbleche installiert. In Bild 10, unten links, ist schematisch eine Draufsicht auf einen Ringwirbelbehälter in Richtung seiner Symmetrieachse (B-10) dargestellt. Der Behälter (A-10) soll sich dabei im Uhrzeigersinn drehen. Die Leitbleche (J-10) sind prinzipiell so geformt, daß sie von außen nach innen im Drehsinn des Behälters gekrümmt sind. Die Leitbleche sind zwischen den Wandungen des Behälters mindestens in dem Bereich zu installieren, in welchem die Oberflächen des Fluids sich bewegen. Unten im Behälter reichen die Leitbleche bis nahe an das Lager (H-10). Der obere Teil des Behälters dient lediglich zum Ausgleich des Drucks, z. B. der Luft über dem Wasser. Leitbleche sind dort insofern nicht erforderlich. Andrerseits könnten die Leitbleche auch oben zusammen geführt sein. Jeder zwischen den Wandungen und Leitblechen gebildeten Kanal könnte oben aber auch geschlossen sein. Wenn das Fluid in einen solchen Kanal einfließt, bildet sich dann oben in diesem Kanal ein relativer Überdruck. Wenn das Fluid aus einem solchen Kanal ausfließt, wird diese Strömung durch den Abbau dieses relativen Überdrucks unterstützt.Baffles are installed between the walls of the container. Figure 10, bottom left, schematically shows a top view of an annular vortex tank in the direction of its axis of symmetry (B-10). The container (A-10) should turn clockwise. The baffles (J-10) are basically shaped so that they are curved from the outside to the inside in the direction of rotation of the container. The baffles must be installed between the walls of the container at least in the area in which the surfaces of the fluid move. The baffles in the bottom of the container extend close to the bearing (H-10). The upper part of the container only serves to balance the pressure, e.g. B. the air above the water. Baffles are therefore not required there. On the other hand, the guide plates could also be brought together at the top. However, each channel formed between the walls and baffles could also be closed at the top. When the fluid flows into such a channel, a relative overpressure then forms at the top of this channel. If the fluid flows out of such a channel, this flow is supported by the reduction of this relative overpressure.

In Bild 10, unten mittig, ist schematisch und beispielhaft nochmals eine Draufsicht auf einen Ringwirbel­ behälter in etwas vergrößertem Maßstab, jedoch nur ausschnittsweise dargestellt. Um die Rotationsachse (RA) dreht sich der Rotor (RO) im Uhrzeigersinn. Der Behälter (A-10) dreht sich zusätzlich um seine Symmetrie­ achse (B-10) ebenfalls im Uhrzeigersinn. Von außen nach innen verlaufen die Leitbleche (J-10) des Behälters spiralförmig. Unten mittig auf der Symmetrieachse ist der Behälter durch das Lager (H-10) des Rotors gelagert. In diesem Lager ist ein Kanal (I-10) eingearbeitet, welcher die Bewegung des Fluids von einer Seite des Behälters zur anderen ermöglicht. Hier ist dieser Kanal beispielsweise so angelegt, daß eine Strömung aus der Richtung K-10 durch den Lagerkanal (I-10) in Richtung L-10 fließen kann.In Figure 10, bottom center, is a schematic and exemplary again a top view of a ring vortex container on a somewhat enlarged scale, but only shown in part. The rotor (RO) rotates clockwise around the axis of rotation (RA). The container (A-10) also rotates clockwise about its axis of symmetry (B-10). The baffles (J-10) of the container run in a spiral from the outside in. The container is supported by the bearing (H-10) of the rotor at the bottom center of the axis of symmetry. A channel (I-10) is incorporated in this bearing which allows the fluid to move from one side of the container to the other. Here, for example, this channel is designed so that a flow from direction K-10 can flow through the bearing channel (I-10) towards L-10.

Um einen kontrollierten Bewegungsablauf unten im Behälter zu erreichen, ist also zweckmäßig, daß zu einer Zeiteinheit nur eine Strömung aus einem oder mehreren bestimmten Kanälen des Behälters in einen oder mehrere andere, bestimmte Kanäle gegeben ist. In order to achieve a controlled sequence of movements in the bottom of the container, it is therefore advisable to do so Unit of time only a flow from one or more specific channels of the container into one or several other specific channels is given.  

Anstelle eines runden Behälters mit vielen Kanälen könnte ein Behälter auch nur aus der einem Kanal entsprechenden Form bestehen. In Bild 10, unten rechts, ist schematisch und beispielhaft eine Draufsicht auf einen solchen Kanal (M-10) in Richtung seiner Symmetrieachse (B-10) dargestellt. Eine Steuerung des Bewegungsflusses unten im Behälter durch obigen Kanal (I-10) kann dann entfallen. Dieser Behälterkanal weist dann einen durchgängigen Verlauf von oben-außen über unten-mittig nach oben-außen auf. Sein Querschnitt könnte auch rund sein. Wenn jedoch der Querschnitt im Prinzip rechteckiger Form ist und gewendelt ist, bewirkt dieses eine zusätzliche Drehung des Fluids. Mehrere solcher Kanäle könnten auf einer Symmetrieachse in unterschiedlicher axialer Ebene angeordnet werden.Instead of a round container with many channels, a container could only consist of the shape corresponding to one channel. Figure 10, bottom right, shows a schematic and exemplary top view of such a channel (M-10) in the direction of its axis of symmetry (B-10). It is then no longer necessary to control the flow of movement at the bottom of the container through the above channel (I-10). This container channel then has a continuous course from top-outside to bottom-center to top-outside. Its cross section could also be round. However, if the cross-section is in principle rectangular in shape and coiled, this causes an additional rotation of the fluid. Several such channels could be arranged on an axis of symmetry in a different axial plane.

In Bild 10, mittlere Darstellungszeile, sind zwei Behälter dargestellt. Selbstverständlich könnten auch drei oder mehr Behälter auf dem Rotor montiert sein. In den Behältern sind die Oberflächen des Fluids als dicke Linien eingezeichnet. Die des linken Behälters könnten beispielsweise einen Fluidstand anzeigen, wie er kurz vor Ein­ setzen der Strömung in diesem Sektor gegeben sein könnte. Die Oberflächen des Fluids im rechten Behälter da­ gegen könnten beispielsweise den Fluidstand anzeigen kurz nach Beendigung der Strömung in diesem Sektor. Figure 10, middle line, shows two containers. Of course, three or more containers could also be mounted on the rotor. The surfaces of the fluid are drawn as thick lines in the containers. That of the left container could, for example, indicate a fluid level as it could be given just before the flow in this sector. The surfaces of the fluid in the right container, for example, could indicate the fluid level shortly after the flow in this sector has ended.

Die zum Befüllen und Leeren des Behälters erforderlichen Einrichtungen sind hier nicht dargestellt, weil mit konventionellen Mitteln problemlos machbar.The facilities required for filling and emptying the container are not shown here because with conventional means easily feasible.

Besondere Eigenschaften und AnwendungSpecial properties and application

In diesem Ringwirbelbehälter wird Fluid in Drehbewegung versetzt, wird beschleunigt und abgebremst, wird angehoben gegen die Gravitationskraft und fließt abwärts aufgrund der Gravitationskraft. Alle diese Kraft­ wirkungen heben sich gegenseitig auf. Zum Betreiben dieses Ringwirbelbehälters ist also nur in der Startphase besonderer Energieaufwand erforderlich, danach nurmehr zur Überwindung der Reibung. Dieser Ringwirbel­ behälter kann darum auch nur für manuellen Antrieb durch eine Handkurbel ausgelegt sein.In this ring vortex tank, fluid is rotated, accelerated and decelerated raised against gravitational force and flows downward due to gravitational force. All this power effects cancel each other out. To operate this vortex tank is only in the start phase special energy expenditure required, after that only to overcome the friction. This ring vortex container can therefore only be designed for manual drive using a hand crank.

Durch die prinzipielle Formgebung des Behälters und die Überlagerung der Drehbewegungen des Behälters mit der des Rotors kann erreicht werden, daß im jeweils nach oben weisenden Sektor eines Behälters nur eine geringe Zentrifugalkraft gegeben ist, während die Gravitationskraft einen der Höhe der Fluidsäule entsprechen­ den Druck unten in diesem Sektor erzeugt. Im jeweils nach außen weisenden Sektor eines Behälters wird das Fluid stark beschleunigt, womit das darin befindliche Fluid einer entsprechenden Zentrifugalkraft ausgesetzt ist. Das Fluid im Behälter wird darum in den Kanälen hin und her fließen. Dieses ständige Beschleunigen und Abbremsen ist an sich keine harmonische Bewegung im Sinne eines kontinuierlichen Fließens. Durch die Überlagerung dieser Bewegung durch die Drehung des Behälters wie der Drehung des Rotors bewegen sich jedoch die Teile des Fluids sehr harmonisch, nahezu auf dem prinzipiellen Bahnverlauf der Bewegungen eines Ringwirbels. Mit diesem Konstruktionselement Ringwirbelbehälter wird also eine Idealform der Fluid­ bewegung technisch darstellbar. Due to the basic shape of the container and the superposition of the rotary movements of the container that of the rotor can be achieved that in the upward-facing sector of a container only one low centrifugal force is given, while the gravitational force corresponds to the height of the fluid column created the pressure down in this sector. In the outwardly facing sector of a container, this becomes Fluid accelerates strongly, whereby the fluid therein is exposed to a corresponding centrifugal force is. The fluid in the container will therefore flow back and forth in the channels. This constant acceleration and Braking is not a harmonious movement in the sense of a continuous flow. Through the Superposition of this movement by the rotation of the container as the rotation of the rotor move however, the parts of the fluid are very harmonious, almost on the basic path of the movements of a Ring vortex. With this construction element, the ring vortex container becomes an ideal form of the fluid technically representable movement.  

Dieses Konstruktionselement wird beispielsweise zum Mischen verschiedener Bestandteile oder zur Erzeugung "levitierten Wassers" und ähnlichem ein ideales Instrument sein. Darüber hinaus wird dieser intensive Beweg­ ungsablauf in der prinzipiellen Form eines Ringwirbels weitere Anwendungsmöglichkeiten eröffnen.This construction element is used, for example, for mixing different components or for producing "Levitated water" and the like can be an ideal instrument. In addition, this intense movement flow in the basic form of a ring vortex open up further application options.

3.9. Druckpumpe3.9. Pressure pump Funktionfunction

Dieses Steuerelement überträgt mechanische Energie auf ein Fluid, indem nahezu ausschließlich Druck ausge­ übt wird. Diese Druckpumpe ist besonders geeignet, hoben Druck in kompressiblen Fluiden zu erzeugen.This control element transfers mechanical energy to a fluid by applying almost exclusively pressure is practiced. This pressure pump is particularly suitable for generating high pressure in compressible fluids.

KonstruktionsprinzipienConstruction principles

Bei konventionellen Schaufeln ist stets eine Druck- und eine Sogseite gegeben. Wenn in erster Linie Druck in einem Fluid erzeugt werden soll, ist die Sogseite relativ unproduktiv. Bei dieser Druckpumpe hier sind darum die Schaufeln anders geformt. Im hinteren Bereich der Druckpumpe weisen die beiden Seiten der Schaufeln in etwa einen rechten Winkel zueinander auf. Die eine Seite ist im Prinzip radial angeordnet, die andere Seite der Schaufel ist im Prinzip tangential angeordnet. Die Schaufeln weisen hinten eine steile Anstellung gegenüber der Rotationsachse auf, nach vorn eine zunehmend flachere Anstellung. Die Seiten der Schaufeln erzeugen damit zunächst eine axiale Bewegung, zunehmend jedoch eine zentrifugale und tangentiale Bewegung. Im Einlaufbereich bilden diese Schaufeln offene Kanäle, im vorderen Bereich dagegen sind diese Kanäle allseits durch Wandungen des Rotors geschlossen. Die gesamte eingesetzte Rotationsenergie wie auch die Zentrifugal­ kraft werden damit auf das Fluid übertragen. Das Fluid verläßt die Maschine mit einer starken Rotations­ bewegung und geringerer Bewegung in axialer Richtung.With conventional blades, there is always a pressure side and a suction side. If pressure in the first place the suction side is relatively unproductive. With this pressure pump here are why the blades shaped differently. In the rear area of the pressure pump, the two sides of the blades in about a right angle to each other. In principle, one side is arranged radially, the other side of the In principle, the blade is arranged tangentially. The blades face a steep slope opposite the axis of rotation, an increasingly flatter position towards the front. Create the sides of the blades thus initially an axial movement, but increasingly a centrifugal and tangential movement. in the In the inlet area, these blades form open channels, whereas in the front area, these channels are all-round closed by walls of the rotor. The total rotational energy used as well as the centrifugal force are thus transferred to the fluid. The fluid leaves the machine with a strong rotation movement and less movement in the axial direction.

Konstruktive AusführungConstructional execution

In Bild 11, oben, ist schematisch ein Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eine Druckpumpe dargestellt, nur eine Hälfte der symmetrischen Maschine, darunter schematische und ausschnittsweise drei Querschnitte. Der Einlaufbereich (links im Bild 11) ist trichterförmig dargestellt durch die Wandungen (A-11) des Gehäuses (GE). Auf diesen Wandungen könnten Leitbleche (B-11) montiert sein, um das angesaugte Fluid in die ge­ wünschte Drehbewegung zu lenken. Auf der Rotationsachse (RA) dreht sich der Rotor (RO). Im Einlaufbereich weist der Rotor einen geringen Radius auf. Die Schaufeln haben dort geringe Höhe, wie in Bild 11, mittlere Darstellungsreihe links, dargestellt. Diese Schaufeln haben praktisch die Form von Zähnen eines Zahnrades, welche in die Drehrichtung weisen (hier im Uhrzeigersinn unterstellt). Durch ihre Anstellung gegenüber der Rotationsachse weisen die Zähne zunächst nach vorn, danach zunehmend in tangentiale Richtung.In Figure 11, above, a longitudinal section through an exemplary embodiment of a pressure pump is shown schematically, only one half of the symmetrical machine, including schematic and sections of three cross sections. The inlet area (on the left in Figure 11) is shown in a funnel shape through the walls (A-11) of the housing (GE). Baffles (B-11) could be mounted on these walls in order to steer the sucked-in fluid into the desired rotational movement. The rotor (RO) rotates on the axis of rotation (RA). The rotor has a small radius in the inlet area. The blades have a low height there, as shown in Figure 11, middle row of images on the left. These blades practically have the shape of teeth of a gearwheel, which point in the direction of rotation (here assumed clockwise). Due to their position in relation to the axis of rotation, the teeth first point forward, then increasingly in the tangential direction.

Weiter nach vorn hin wächst der Radius des Rotors an und ebenso der Querschnitt der Kanäle (C-11), welche durch die Schaufeln gebildet werden, wie in Bild 11, mittlere Darstellungsreihe, mittig, beispielhaft gezeigt. In diesem Bereich wächst auch der Radius der Innenwandungen (A-11) des Gehäuses wieder an. Weiter nach vorn gehen die bislang offenen Kanäle (C-11) über in geschlossene Kammern (D-11) des Rotors. The radius of the rotor increases further towards the front, as does the cross-section of the channels (C-11) formed by the blades, as shown in Figure 11, middle row of representations, in the middle, as an example. The radius of the inner walls (A-11) of the housing also increases again in this area. The channels (C-11) that were previously open go further into closed chambers (D-11) of the rotor.

In Bild 11, mittlere Darstellungsreihe rechts, ist schematisch dargestellt, wie dabei der dreieckige Querschnitt der Kanäle in einen ringbogenförmigen Querschnitt der Kammern übergeht. Die Innenseite wird dabei stärker angehoben als die Außenseite, das Fluid also in Zentrifugalrichtung komprimiert. Figure 11, middle row of illustrations on the right, shows schematically how the triangular cross section of the channels changes into an arcuate cross section of the chambers. The inside is raised more than the outside, which means that the fluid is compressed in the centrifugal direction.

Die Strömung innerhalb der Kammern ist dabei natürlich turbulent. Es bietet sich an, die Strömung nach Austritt aus dem Rotor in spiraligen Bahnen weiter zu führen oder in Gehäuseschnecken oder in oben beschriebenem Konstruktionselement der Drucksperre. In Bild 11, unten, ist schematisch dargestellt, wie das Fluid durch einen Überleitkanal (E-11) einer Gehäuseschnecke (F-11) tangential zugeführt werden kann, diese übergeht in eine zweite Schnecke (G-11), aus welcher dann wiederum tangential der Fluidstrom (H-11) abge­ führt werden kann. All dieses stellt zusätzliche, "benetzte" Flächen dar. Wenn jedoch der erzeugte Fluid-Druck dieser Maschine nicht Endzweck ist, sondern letztlich Geschwindigkeit erzielt werden soll, wird dieser Fluid- Druck erst durch diese Maßnahmen wertvoll, wobei gerade die Reibung an gekrümmten Flächen positiv wirkt.The flow within the chambers is of course turbulent. It is advisable to continue the flow after exiting the rotor in spiral paths or in housing screws or in the construction element of the pressure lock described above. Figure 11, below, shows schematically how the fluid can be fed tangentially through a transfer channel (E-11) to a housing screw (F-11), which merges into a second screw (G-11), which in turn is tangential the fluid flow (H-11) can be removed. All of this represents additional, "wetted" surfaces. However, if the fluid pressure generated by this machine is not the end purpose, but ultimately speed is to be achieved, this fluid pressure becomes valuable only through these measures, the friction on curved surfaces being positive works.

Besondere Eigenschaften und AnwendungSpecial properties and application

Diese Druckpumpe erzeugt turbulente Strömung wie herkömmliche Pumpen. Die mechanische Energie wird hier jedoch konsequent in Fluid-Druck umgesetzt. Durch die spezielle Formgebung der Schaufeln entsteht bereits im Einlaufbereich ein hoher Staudruck in den Kanälen bzw. wird eine starke Rotation des Fluids vorbereitet. In den geschlossenen Kammern vorn wird zusätzlich die Zentrifugalkraft umgesetzt. Diese Maschine nutzt nicht die Vorteile bei der Ausbildung von Potentialdrallströmung, sie stellt lediglich eine Verbesserung konventioneller Pumpen dar. Das Fluid wird während des Durchsatzes kontinuierlich einem höheren Druck ausgesetzt. Diese Druckpumpe wird darum insbesonders einzusetzen sein, wenn durch hohe Drehzahl ein kompressibles Fluid komprimiert werden soll.This pressure pump creates turbulent flow like conventional pumps. The mechanical energy is here, however, consistently implemented in fluid pressure. The special shape of the blades creates Already in the inlet area there is a high back pressure in the channels or there is a strong rotation of the fluid prepared. The centrifugal force is also converted in the closed chambers at the front. This Machine does not take advantage of the potential swirl flow, it only provides one Improvement of conventional pumps. The fluid is continuously one during the throughput exposed to higher pressure. This pressure pump will therefore be used especially when high Speed a compressible fluid is to be compressed.

3.10. Brennkammer3.10. Combustion chamber Funktionfunction

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, durch Zuführung von Wärmeenergie eine wesentlichen Steigerung der Geschwindigkeit von Potentialdrallströmen zu erreichen.This construction element is suitable for a significant increase by supplying thermal energy to achieve the speed of potential swirl currents.

KonstruktionsprinzipienConstruction principles

Wenn im Rahmen von Strömungsmaschinen einem Fluid Wärme zugeführt wird, so ist die Zielsetzung nicht die Wärmeentwicklung und auch nicht die damit gegebene Druckerhöhung sondern letztlich ein möglichst großer Massedurchsatz bei möglichst hoher Geschwindigkeit. Bereits in der Rohrerfindung wurde dargelegt, daß dieses Ziel bestmöglich per Potentialdrallströmung zu erreichen ist. Alle vorstehend dargestellten Pumpen produzieren diese Potentialdrallströmung bzw. selbst bei voriger Druckpumpe kann eine solche hergestellt werden durch entsprechende Konstruktionselemente der Rohrerfindung bzw. dieser Erfindung hier. Wie dort bzw. hier dargestellt, läßt sich eine Potentialdrallströmung verstärken, wenn von außen Druck ausgeübt wird. If heat is added to a fluid in the context of turbomachines, the objective is not the heat development and not the given pressure increase but ultimately a possible Large mass throughput at the highest possible speed. It was already explained in the pipe invention that this goal can best be achieved by means of potential swirl flow. All of the above Pumps produce this potential swirl flow, or even a previous pressure pump can are produced by appropriate construction elements of the pipe invention or this invention here. As shown there or here, a potential swirl flow can be increased if external pressure is exercised.  

Entscheidendes Kennzeichen dieses Konstruktionselements Brennkammer ist darum, den durch die Wärmeentwicklung entstehenden Druck von außen nach innen auf eine bereits vorhandene Potentialdrall­ strömung einwirken zu lassen.The decisive characteristic of this construction element is the combustion chamber Heat generated pressure from outside to inside on an existing potential swirl to let the flow act.

Alle vorstehend dargestellten Pumpen entlassen eine Potentialdrallströmung im Prinzip durch einen ring­ förmigen Querschnitt, wobei die Rotationsbewegung in Relation zur axialen Bewegung stets großen Anteil hat. In aller Regel besitzen Brennkammern Drallbleche, um eine rotierende Bewegung des Fluids zu erzeugen. Diese Voraussetzung ist also durch die Pumpen dieser Erfindung optimal erfüllt. Der ringförmige austretende Fluidstrahl dieser Pumpen mußte also lediglich von außen durch eine Wärmequelle beaufschlagt werden und könnte dann auf einen geringeren Radius reduziert werden entsprechend der sich beschleunigenden Geschwindigkeit des Fluidstromes insgesamt. Vorteilhafter jedoch wird sein, den Fluidstrom der Pumpen zunächst in einer Gehäuseschnecke zu sammeln und darin die Brennkammer anzulegen.In principle, all pumps shown above release a potential swirl flow through a ring shaped cross section, the rotational movement in relation to the axial movement always has a large share. As a rule, combustion chambers have swirl plates in order to produce a rotating movement of the fluid. This requirement is therefore optimally met by the pumps of this invention. The annular emerging The fluid jet of these pumps therefore only had to be acted upon from the outside by a heat source and could then be reduced to a smaller radius corresponding to the accelerating one Total fluid flow speed. However, the fluid flow of the pumps will be more advantageous First collect in a screw housing and create the combustion chamber in it.

Konstruktive AusführungConstructional execution

Diese Gehäuseschnecke ist prinzipiell anzuordnen wie bei oben besprochener Drucksperre bzw. in Bild 6 dargestellt. Dort ist beispielsweise die Gehäuseschnecke bestehend aus drei Segmenten dargestellt und in einer spiraligen Anordnung, im wesentlichen auf einer axialen Ebene. In Bild 11 unten rechts ist die Drucksperre schematisch dargestellt in einer Anordnung im wesentlichen auf einer radialen Ebene. Kombinationen dieser prinzipiellen Anordnungsmöglichkeiten sind vielfältig vorhanden.In principle, this screw is to be arranged as shown in the pressure lock discussed above or in Figure 6. There, for example, the housing screw consisting of three segments is shown and in a spiral arrangement, essentially on an axial plane. In Fig. 11 bottom right, the pressure lock is shown schematically in an arrangement essentially on a radial plane. There are many combinations of these basic arrangement options.

In Bild 12 ist die Gehäuseschnecke inklusive der darin installierten Brennkammer nicht im Querschnitt dargestellt, sondern die Gehäuseschnecke wird als abgerollt auf eine Zeichnungsebene gesehen und davon ein prinzipieller Längsschnitt dargestellt. Diese Darstellung ist rein schematisch zu sehen, z. B. auch was die Maße anlangt. Bild 12, Darstellungsspalte links, zeigt diesen prinzipiellen Aufbau der Gestaltung der Brennkammer und ihre Anordnung in dieser (abgerollten) Gehäuseschnecke insgesamt. Die Gehäuseschnecke ist prinzipiell aus diversen Abschnitten (A-12 bis F-12, durch Hilfslinien markiert) unterschiedlicher Funktion aufgebaut.In Figure 12, the housing screw, including the combustion chamber installed in it, is not shown in cross-section, but the housing screw is seen as rolled on a drawing plane and a basic longitudinal section is shown. This representation can be seen purely schematically, e.g. B. also as far as the dimensions are concerned. Figure 12, illustration column on the left, shows this basic structure of the design of the combustion chamber and its arrangement in this (unrolled) housing screw overall. The auger is basically made up of various sections (A-12 to F-12, marked by auxiliary lines) of different functions.

Der Einlaufbereich (A-12) ist dargestellt durch ein Rohr mit von hinten nach vorn zunehmendem Querschnitt (G-12), in welches tangential der Auslaß-Fluidstrom (H-12, nur schematisch angezeigt) einer Pumpe eintritt.The inlet area (A-12) is represented by a tube with a cross-section increasing from the rear to the front (G-12), into which the outlet fluid flow (H-12, only shown schematically) of a pump enters tangentially.

Der Drucksperrebereich (B-12) ist ein Stück der Gehäuseschnecke ohne seitliche Öffnungen und mit im Prinzip konstantem Querschnitt. In diesem Bereich bewegt sich der gesamte Fluidstrom mit starker Potential­ drallströmung, welche praktisch als Rückschlagventil wirkt.The pressure lock area (B-12) is a piece of the housing screw without side openings and with in Principle of constant cross-section. In this area, the entire fluid flow moves with strong potential swirl flow, which acts practically as a check valve.

In Brennkammern erfolgt in aller Regel zunächst eine Ausweitung des dem Fluid zur Verfügung stehenden Querschnitts. Dieser Zielsetzung entspricht hier der Querschittserweiterungsbereich (C-12). In combustion chambers, as a rule, the fluid available is initially expanded Cross-section. The cross section expansion area (C-12) corresponds to this objective.  

In der Rohrerfindung wurde ein Konstruktionselement "Rohrquerschnittserweiterung" vorgestellt, das dieser Aufgabe bestmöglich gerecht wird. Mit der Erweiterung des Rohrdurchmessers wird durch einen mittig ein­ gebauten, runden, nach hinten und vorn zugespitzten Körper, Insel (I-12) genannt, zunächst nur eine geringe Erweiterung der dem Fluid zur Verfügung stehenden Querschnittsfläche erreicht. Leitbleche (J-12) dienen der Halterung der Insel und verstärken zugleich durch ihre Formgebung die Drallbewegung des Fluids.In the pipe invention, a construction element "pipe cross-section extension" was presented, this one The task is performed as best as possible. With the expansion of the pipe diameter, one is in the middle built, round, pointed to the rear and front, called Insel (I-12), initially only a small one Expansion of the cross-sectional area available to the fluid was achieved. Baffles (J-12) serve the Holder of the island and at the same time strengthen the swirl movement of the fluid through its shape.

Am Ende dieses Querschnittserweiterungsbereiches (C-12) ist eine Situation analog zum Auslaß der hier vorgestellten Pumpen gegeben: das Fluid befindet sich in einer rotierenden wie axialen Bewegung in einem ringförmigen Kanal. Die nachfolgenden Kriterien des Brennkammerbereiches (D-12) gelten also auch analog für oben angesprochenen Alternative, bei welcher die Brennkammer direkt an den Auslaß der hier vorgestellten Pumpen angefügt wurde.At the end of this cross-sectional expansion area (C-12) is a situation analogous to the outlet here given pumps: the fluid is in a rotating and axial movement in one annular channel. The following criteria of the combustion chamber area (D-12) also apply analogously for the above-mentioned alternative, in which the combustion chamber directly to the outlet of the one presented here Pumps was added.

Der Brennkammerbereich (D-12) beginnt mit einer Vergrößerung der Querschnittsfläche, welche bei gleich­ bleibendem Durchmesser des Rohres durch die nach vorn geringer werdenden Radien der Insel (I-12) erreicht werden kann. In diesem Abschnitt wird Brennstoff zugeführt (K-12, nur schematisch dargestellt) bzw. Wärme­ energie durch seine Verbrennung. Es wird zweckmäßig sein, die zur Verbrennung erforderliche Luftmenge durch Leitbleche (L-12) abzugrenzen bzw. durch solche die Flamme zu schützen. Der rapide Druckanstieg durch die Wärmezuführung erzeugt natürlich zunächst ein turbulente Molekularbewegungen, obwohl diesen noch immer die prinzipielle Richtung der Potentialdrallströmung aufgeprägt ist. Diese Turbulenzen wie dieser Druck dürfen nicht schlagartig nach innen bzw. nur in axiale Richtung wirksam werden. Darum sollten die Leitbleche (L-12) zunächst abgegrenzte Bereiche bilden, praktisch in Form eines Rohrabschnitts mit von hinten nach vorn geringerem Radius. Zwischen diesen Leitblechen und der Rohraußenwandung sollten Leitbleche in radialer Richtung und mit spiraligem die Drallbewegung fördern. Damit wir eine optimale Beschleunigung der Potentialdrallströmung insgesamt erreicht.The combustion chamber area (D-12) begins with an increase in the cross-sectional area, which is the same permanent diameter of the pipe is achieved by the smaller radii of the island (I-12) can be. In this section, fuel is supplied (K-12, only shown schematically) or heat energy from its combustion. It will be appropriate to use the amount of air required for combustion delimit with baffles (L-12) or protect the flame with them. The rapid rise in pressure of course, the heat supply initially creates a turbulent molecular movement, although this the principal direction of the potential swirl flow is still impressed. This turmoil like this Pressure must not be applied suddenly inwards or only in the axial direction. That's why they should Baffles (L-12) initially form delimited areas, practically in the form of a pipe section with from behind forward smaller radius. Between these baffles and the outer tube wall, baffles should be in radial direction and with spiral promote the swirl movement. So that we can optimally accelerate the Total potential swirl flow reached.

Im nachfolgenden Stabilisierungsbereich (E-12) kann einerseits eine Nachverbrennung stattfinden, andrerseits kann sich dort die Potentialdrallströmung weiter stabilisieren. Obwohl im Brennkammerbereich die Quer­ schnittsfläche größer wird und in diesem Stabilisierungsbereich im Prinzip gleich groß bleibt, besteht keine Gefahr, daß eine Stauwirkung nach hinten gegeben ist. Durch die wesentlich gesteigerte Geschwindigkeit der Fluidströme, insbesonders der Drehbewegung, ergibt sich ein vielfach höherer Massedurchsatz, also ein Sog auf das nachströmende Fluid.In the subsequent stabilization area (E-12), on the one hand, afterburning can take place, on the other hand the potential swirl flow can further stabilize there. Although the cross in the combustion chamber area cutting area becomes larger and in principle remains the same size in this stabilization area, there is none Danger of a backlog effect. Due to the significantly increased speed of the Fluid flows, in particular the rotational movement, result in a mass flow rate that is many times higher, that is, a suction on the flowing fluid.

Der Auslaßbereich (F-12) ist prinzipiell zu gestalten wie oben beim Konstruktionselement Drucksperre bereits besprochen: die Querschnittsfläche (M-12) verringert sich sukzessiv, während das Fluid tangential (N-12) abfließt. Dabei werden stets nur die äußeren Teile, d. h. die relativ langsamsten, der Fluidströmung abgegriffen, so daß die Potentialdrallströmung über weite Strecken erhalten bleibt. The outlet area (F-12) is to be designed in principle as above for the pressure barrier construction element discussed: the cross-sectional area (M-12) gradually decreases, while the fluid tangential (N-12) drains away. Only the outer parts, i.e. H. the relatively slowest, the fluid flow tapped, so that the potential swirl flow is maintained over long distances.  

In Bild 12, mittig und rechts, ist ein anderes Beispiel dieses Konstruktionselementes schematisch und beispiel­ haft dargestellt, wobei die Beschleunigung von Potentialdrallströmungen in zweifacher Weise erfolgt.In Figure 12, center and right, another example of this construction element is shown schematically and by way of example, with the acceleration of potential swirl flows taking place in two ways.

In Bild 12, mittig, ist eine Gehäuseschnecke inklusive Brennkammer analog obiger Beschreibung gezeichnet. In dieser wird jedoch nur eine Teilmenge des Fluids durch Wärmezufuhr beschleunigt, z. B. nur der Neben­ strom aus oben beschriebener Potentialdrallpumpe. In Bild 12, rechts, ist die Gehauseschnecke des Haupt­ stromes dargestellt. Sie besteht zunächst nur aus dem Einlaufbereich (A-12) sowie einem Drucksperrebereich (B-12), der sehr kurz sein kann (Bild 12 zeigt nur den schematischen Aufbau). Das beschleunigte Fluid des Nebenstroms wird aus dessen Auslaßbereich tangential in einen Überleitkanal (O-12), von dort wiederum tangential einem Einmischungsbereich (P-12) des Hauptstroms zugeführt. Dabei führt der erhöhte, von außen nach innen gerichtete Druck zu einer Beschleunigung der Potentialdrallströmung des Hauptstroms. Figure 12, in the middle, shows a housing screw including combustion chamber analogous to the description above. In this, however, only a subset of the fluid is accelerated by the application of heat, e.g. B. only the secondary current from the potential swirl pump described above. The housing screw of the main stream is shown in Figure 12, right. It initially only consists of the inlet area (A-12) and a pressure lock area (B-12), which can be very short ( Figure 12 shows only the schematic structure). The accelerated fluid of the side stream is fed tangentially from its outlet area into a transfer channel (O-12), from there again tangentially to a mixing area (P-12) of the main stream. The increased pressure from the outside inwards leads to an acceleration of the potential swirl flow of the main flow.

Diese Technik ist bereits in der Rohrerfindung als Konstruktionselement "Einleitung bzw. Ausleitung" detailliert beschrieben. Es ist dort auch ausgeführt, daß prinzipiell die schwächere Potentialdrallströmung der stärkeren zugemischt werden sollte. Alternativ zu voriger Lösung könnte darum auch der Hauptstrom dem durch Wärmezufuhr stärkeren Nebenstrom zugemischt werden.This technology is already in the pipe invention as a construction element "introduction or discharge" described in detail. It is also stated there that the weaker potential swirl flow of the stronger should be mixed. As an alternative to the previous solution, the main stream could therefore also be the stronger sidestream can be added by adding heat.

Der gesamte Fluidstrom kann sich in einem Stabilisierungsbereich (F-12) stabilisieren und wird über den Auslaßbereich (F-12) abgegeben.The entire fluid flow can stabilize in a stabilization area (F-12) and is over the Outlet area (F-12) delivered.

Besondere Eigenschaften und AnwendungSpecial properties and application

Der Aufbau dieser Gehäuseschnecke inklusive Brennkammer mit den diversen Abschnitten und Funktionen mag aufwendig erscheinen, stellt jedoch die logische Lösung der letztlichen Zielsetzung der Wärmezuführung in Strömungsmaschinen dar: in Relation zum Energieeinsatz einen maximalen Massedurchsatz bei maximaler Geschwindigkeit zu erreichen.The construction of this housing screw including combustion chamber with the various sections and functions May seem expensive, but it is the logical solution to the ultimate goal of heat supply in turbomachines: in relation to the use of energy, a maximum mass throughput at maximum To reach speed.

Schädlich mag erscheinen, daß viel "benetzte Fläche" vorhanden ist. Diese erzeugt jedoch keine schädliche Reibung, sondern fördert die Potentialdrallströmung. Beginnend vom Einlauf einer Pumpe (der hier vorge­ stellten Bauarten) bis zum Auslauf dieser Maschine hier erfährt das Fluid eine fortgesetzte und harmonische Beschleunigung in stets gleichgerichteter Rotationsbewegung wie in axiale Richtung. Die hier abgerollt dargestellte Gehäuseschnecke wird real in Kreis- bzw. Spiralform angeordnet sein, also relativ klein bauen. Jeder der hier aufgeführten Abschnitte kann entsprechend den Erfordernissen dimensioniert werden. Durch die kreisförmige Anordnung kann z. B. der Brennkammer- bzw. Stabilisierungsbereich so dimensioniert werden wie für eine optimale Verbrennung erforderlich. Selbst bei der aufwendigen Konzeption einer Trennung des Fluidstroms in Neben- und Hauptstrom ist der Bauaufwand vertretbar. Denn diesem steht der wesentliche Vorteil gegenüber, nur eine Teilmenge des Fluids per Wärme zu beschleunigen und dennoch eine gravierende Beschleunigung der gesamten Fluidmasse zu erreichen. It may seem harmful that there is a lot of "wetted area". However, this does not produce any harmful Friction, but promotes the potential swirl flow. Starting from the inlet of a pump (the one here types) until the end of this machine, the fluid experiences a continuous and harmonious Acceleration in always the same rotational movement as in the axial direction. The unrolled here The housing screw shown will actually be arranged in a circular or spiral shape, that is to say build relatively small. Each of the sections listed here can be dimensioned according to requirements. Through the circular arrangement can e.g. B. the combustion chamber or stabilization area as required for optimal combustion. Even with the elaborate concept of separating the Fluid flow in the secondary and main flow, the construction effort is justifiable. Because this stands the essential The advantage over accelerating only a subset of the fluid with heat and still a serious one To achieve acceleration of the entire fluid mass.  

3.11. Einlaufbereich von Turbinen3.11. Turbine inlet area Funktionfunction

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, einer Turbine den Fluidstrom in optimaler Weise zuzuführen.This construction element is suitable for optimally supplying the fluid flow to a turbine.

KonstruktionsprinzipienConstruction principles

Im Einlaufbereich von Turbinen sind z. T. Leitwerke angebracht, welche einen Drall erzeugen sollen. Wenn das anströmende Fluid lediglich aus turbulenter Strömung besteht, ist dieses unproblemtatisch. Wenn das anström­ ende Fluid bereits Drall aufweist, ist der Anstellwinkel des Leitwerkes problematisch. Manche dieser Leit­ werke sind verstellbar, so daß damit die Durchflußmenge reguliert werden kann. Auch in diesem Fall ist der Anstellwinkel problematisch bzw. sind Turbulenzen die unausweichliche Folge. Ferner ist der Anstellwinkel der Schaufeln herkömmlicher Turbinen stets problematisch. Je nach Relation der Geschwindigkeiten des Fluid gegenüber der des Rotors ändert sich die Richtung der relativen Bewegungen. Es gibt theoretisch nur eine einzige Richtung, bei welcher die Richtung der Rotorbewegung wie die Richtung der Fluidbewegung identisch ist unter allen Bedingungen: die tangentiale Richtung.In the inlet area of turbines such. T. tails attached, which should generate a swirl. If that incoming fluid consists only of turbulent flow, this is not a problem. If that flows If the fluid already has swirl, the angle of attack of the tail unit is problematic. Some of this guide plants are adjustable so that the flow rate can be regulated. In this case too Angle of attack problematic or turbulence is the inevitable result. Furthermore, the angle of attack the blades of conventional turbines are always problematic. Depending on the relation of the speeds of the fluid the direction of the relative movements changes compared to that of the rotor. Theoretically there is only one only direction in which the direction of the rotor movement is identical to the direction of the fluid movement is under all conditions: the tangential direction.

Theoretisch dürfen darum bei Fluidströmung mit Drall die Leitbleche nur tangential angeströmt werden und insbesonders darf die Überleitung des Fluids von Teilen des Gehäuses auf Teile des Rotors darum nur in tangentialer Richtung erfolgen.Theoretically, therefore, the flow plates may only be flowed tangentially in the case of fluid flow with swirl and in particular, the transfer of the fluid from parts of the housing to parts of the rotor is therefore only permitted in tangential direction.

Die Umsetzung der kinetischen Energie in Drehbewegung des Rotors erfolgt durch Umlenkung des Fluid­ stroms. Es macht keinen Sinn, diese Umlenkung im Rotor bereits bei kleinem Hebelarm und geringer wirk­ samer Kraftkomponente statt finden zu lassen. Durch die Gestaltung des Einlaufsbereichs einer Turbine muß vielmehr gewährleistet werden, daß die entscheidende Umlenkung des Fluidstroms durch den Rotor an einem großen Hebelarm stattfindet.The conversion of the kinetic energy into the rotary movement of the rotor takes place by redirecting the fluid current. It makes no sense to have this deflection in the rotor with a small lever arm and less letting force component take place. Due to the design of the inlet area of a turbine rather be ensured that the decisive deflection of the fluid flow through the rotor on one large lever arm takes place.

Wesentliches Konstruktionsprinzip bei der Gestaltung des Einlaufbereiches einer Turbine muß darum sein, den Fluidstrom nahezu tangential einem Rotor bei relativ großem Radius zuzuführen. Dabei ist ein möglichst harmonischen Strömungsverlauf zu organisieren. Der Einlaufbereich von Turbinen kann dieser Zielsetzung entsprechend und den Gegebenheiten entsprechend in diverse konstruktiven Ausführungen realisiert werden.Essential design principle in the design of the inlet area of a turbine must therefore be the Feed the fluid flow almost tangentially to a rotor with a relatively large radius. One is possible organize a harmonious flow. The inlet area of turbines can meet this goal can be realized in various designs according to and according to the circumstances.

Konstruktive Ausführung am Beispiel einer FlußturbineConstructional execution using the example of a river turbine

Bei einem Flußkraftwerk z. B. steht in aller Regel nur eine geringe Fließgeschwindigkeit des Wasser bzw. nur eine begrenzte Fallhöhe zur Verfügung. Um so wichtiger ist, das Wasser in einem harmonischen Bewegungs­ ablauf der Turbine zuzuführen. Bei einem Flußkraftwerk steht dafür in aller Regel eine große Fläche zur Ver­ fügung. Diese sollte genutzt werden, um einen weiträumigen Wasserwirbel zu organisieren. Das Wasser muß in einem Einlaufbereich großen Durchmessers auf parabelförmiger Bahn, horizontal wie vertikal, der Turbine zugeführt werden. Die Reibung an der Außenwandung dieses Einlaufbereiches bewirkt einen zentripedalen Druck. Die Innenwandung weicht entsprechend zurück. Alle Wasserteile bewegen sich damit auf einer einrollenden Bahn. Zwischen der Außen- und Innenwandung des Einlaufbereiches sind Leitbleche entsprech­ end spiralförmigen Verlaufes anzubringen, wodurch der Einlaufbereich in Kanäle unterteilt wird. Diese Kanäle weisen hinten einen ringsegmentförmigen Querschnitt auf, dessen Länge größer ist als seine Breite. Diese Kanäle weisen vorn einen rechteckigen Querschnitt auf, dessen Höhe größer ist als seine Breite. Das Wasser des Einlaufbereiches bewegt sich damit zusätzlich auf einer gewendelten Bahn. Es trifft in der Turbine mit einem relativ dünnen Strahl auf eine relativ große Druckfläche der Schaufeln. Das Wasser wird damit noch­ mals stärker eingerollt. Im Auslaufbereich bildet sich eine intensiver Potentialwirbelstrom. Dieser bewirkt einerseits einen Sog auf nachfließendes Wasser, gewährleistet andrerseits einen raschen Abfluß.In a hydropower plant such. B. is usually only a low flow rate of the water or only a limited drop height is available. All the more important is the water in a harmonious movement supply to the turbine. A river power plant usually has a large area for this addition. This should be used to organize a large swirl of water. The water has to in a large diameter inlet area on a parabolic path, horizontal and vertical, of the turbine be fed. The friction on the outer wall of this inlet area causes a centripedal Pressure. The inner wall recedes accordingly. All water parts move with it on one  rolling web. Baffles are corresponding between the outer and inner walls of the inlet area end spiral, whereby the inlet area is divided into channels. These channels have a ring-shaped cross-section at the back, the length of which is greater than its width. This Channels have a rectangular cross-section at the front, the height of which is greater than its width. The water the entry area also moves on a coiled path. It hits in the turbine a relatively thin jet onto a relatively large pressure area of the blades. The water is still there sometimes rolled up more. An intensive eddy current potential is formed in the outlet area. This causes on the one hand a suction on flowing water, on the other hand ensures a quick drain.

In Bild 13, oben, ist schematisch und beispielhaft ein Längsschnitt durch eine Flußturbine dargestellt. Es steht eine Fallhöhe zwischen den Oberflächen des Oberwassers (OW) und des Unterwassers (UW) zur Verfügung. Der Einlauf (A-13) hinten stellt einen großen, kreisförmigen Bereich dar. Das Wasser wird von dort durch Kanäle (B-13) des Einlaufbereiches parabelförmig dem Rotor (RO) zugeführt. Der Rotor ist auf der Rotations­ achse (RA) im Gehäuse (GE) drehbar gelagert. Im Rotor sind zwischen Schaufeln Rotorkanäle (C-13) gebildet. Das Wasser fließt durch den Auslaufbereich (D-13) in einen Auslaufkanal (E-13) ins Unterwasser. Figure 13, above, shows schematically and by way of example a longitudinal section through a river turbine. A head is available between the surfaces of the upper water (OW) and the lower water (UW). The inlet (A-13) at the rear represents a large, circular area. From there, the water is fed to the rotor (RO) in a parabolic manner through channels (B-13) of the inlet area. The rotor is rotatably mounted on the axis of rotation (RA) in the housing (GE). Rotor channels (C-13) are formed between blades in the rotor. The water flows through the outlet area (D-13) into an outlet channel (E-13) into the underwater.

In Bild 13, unten, ist schematisch ein Ausschnitt einer Draufsicht in Richtung Rotationsachse dargestellt. Der Rotor (RO) dreht sich hier im Uhrzeigersinn um die Rotationsachse (RA). Im Gehäuse (GE) sind Kanäle (B-13) angebracht, welche durch die Außen- und Innenwandung des Einlaufbereiches sowie durch Leitbleche begrenzt werden. Die Leitbleche weisen von außen nach innen eine zunehmende Krümmung im Drehsinn des Rotors auf. Die Schaufeln des Rotors dagegen weisen von innen nach außen zunehmende Krümmung gegen den Drehsinn des Rotors auf. Figure 13, below, schematically shows a section of a top view in the direction of the axis of rotation. The rotor (RO) rotates clockwise around the axis of rotation (RA). Channels (B-13) are installed in the housing (GE), which are limited by the outer and inner walls of the inlet area and by baffles. The guide plates have an increasing curvature in the direction of rotation of the rotor from the outside in. The blades of the rotor, on the other hand, have an increasing curvature from the inside to the outside in the direction of rotation of the rotor.

Besondere Eigenschaften des Einlaufbereiches einer FlußturbineSpecial properties of the inlet area of a river turbine

In bekannten Flußkraftwerken wird in erster Linie versucht, den Druck der Wassersäule in mechanische Drehbewegung umzusetzen. Die Zuleitung des Wassers zur Turbine erfolgt z. T. in linearer Richtung. Die bevorzugte Bewegungsrichtung aller Fluide ist jedoch die einrollende Bewegung.In known river power plants primarily attempts are made to convert the pressure of the water column into mechanical ones Implement rotary motion. The water is supplied to the turbine, e.g. T. in a linear direction. The the preferred direction of movement of all fluids is the rolling movement.

Bei einer Flußturbine obiger Konstruktionsprinzipien wird im Einlaufbereich die Bahnbewegung eines großen Wasserwirbels nachgebildet. Das Wasser bewegt sich dabei auf einrollender Bahn in horizontaler wie vertikaler Richtung. Es trifft nahezu tangential auf den Rotor in einem flächigen Strahl. Es steht dort der normale Druck der entsprechenden Wassersäule zur Verfügung. Zusätzlich jedoch hat die Reibung bewirkt, daß eine gerichtete Strömung entsteht, bei welcher sich die Wassermoleküle mehrheitlich in gleiche Richtung bewegen. Das Wasser hat beim Auftreffen auf die Turbinenschaufeln eine höhere Ordnung aller Bewegungsrichtungen, es weist in diesem Sinne auch eine höhere Dichte auf. Die Abgabe von Bewegungsenergie an die Schaufeln der Turbinen führt nicht zu turbulenter Strömung. With a river turbine of the above construction principles, the path movement becomes a big one in the inlet area Replica water vortex. The water moves on a rolling track in horizontal and vertical Direction. It hits the rotor almost tangentially in a flat jet. The normal pressure is there the corresponding water column. In addition, however, the friction has caused a directional one Flow occurs in which the majority of the water molecules move in the same direction. The Water has a higher order of all directions of movement when it hits the turbine blades, it in this sense also has a higher density. The delivery of kinetic energy to the blades of the Turbines do not lead to turbulent flow.  

In Bild 13, unten, ist als dicke, gestrichelten Linie eingezeichnet, daß auch innerhalb der Turbine die prinzipiell einrollende Bewegung anhält, wobei deren Bewegungskomponente in axialer Richtung sich nun verstärkt. Auch im Auslaufbereich ist damit eine geordnete Bewegung gegeben. Diese Flußturbine weist eine relativ große benetzte Fläche auf. Die Reibung an dieser ist nicht nachteilig, sondern bewirkt einen höheren Massedurchsatz und machte einen größeren Anteil des gesamten Geschwindigkeitspotentials nutzbar durch die höhere Ordnung aller Bewegungen.In Fig. 13, below, it is shown as a thick, dashed line that the basically rolling movement also continues within the turbine, the movement component of which now increases in the axial direction. There is also an orderly movement in the outlet area. This river turbine has a relatively large wetted area. The friction on this is not disadvantageous, but causes a higher mass throughput and made a larger share of the total speed potential usable by the higher order of all movements.

Konstruktive Ausführung bei axialem Zufluß aus einem RohrConstructional design with axial inflow from a tube

Wenn eine Turbine ausschließlich unter konstanten Bedingungen arbeiten soll, ist die resultierende, relative Bewegungsrichtung des Fluids bekannt und kann der Anstellwinkel der Schaufeln entsprechend ausgebildet werden. Nur unter dieser Voraussetzung ist sinnvoll, das anströmende Fluid unmittelbar dem Rotor zuzu­ führen. In diesem Fall wird durch den Rotor praktisch ein Drall gebildet. Die Umlenkung des Fluidstromes durch den Rotor sollte jedoch an einem relativ großen Radius statt finden. Darum ist in praktisch allen Fällen sinnvoll, durch Leitwerke des Gehäuses die Fluidströmung so zu lenken, daß das Fluid dem Rotor nahezu tangential zugeführt wird an einem relativ großen Hebelarm.If a turbine is to operate under constant conditions only, the result is relative Known direction of movement of the fluid and the angle of attack of the blades can be designed accordingly become. Only under this condition does it make sense to feed the incoming fluid directly to the rotor to lead. In this case, the rotor practically creates a swirl. Redirecting the fluid flow through the rotor, however, should take place at a relatively large radius. That's why in practically all cases sensible to guide the fluid flow through tail units of the housing so that the fluid almost the rotor is fed tangentially on a relatively large lever arm.

Wenn im Einlaufrohr lediglich turbulente Strömung ansteht, muß deren axiale Bewegung um nahezu 90 Grad in radiale Richtung und nochmals um nahezu 90 Grad in tangentiale Richtung umgelenkt werden. Entsprech­ ende Reibungsverluste sind gegeben und die turbulente Strömung ist dabei nur schwer in eine laminare Strömung zu bringen.If only turbulent flow is present in the inlet pipe, its axial movement must be almost 90 degrees in the radial direction and again by almost 90 degrees in the tangential direction. Corresponding There are friction losses and the turbulent flow is difficult in a laminar To bring current.

In Bild 14, oben links, ist schematisch und beispielhaft eine Sicht von hinten nach vorn in Richtung Rotations­ achse dargestellt. Der Fluidstrom (A-14) des Zuflußrohres ist durch Leitbleche in Kanälen (B-14) zu lenken und damit in tangentiale Richtung zu lenken. In Bild 14, oben rechts, ist vergrößert dargestellt, wie der Fluid­ strom aus Kanälen (F-14, entsprechend B-14) des Gehäuses (GE) nahezu tangential austritt und ebenso nahezu tangential in Kanäle (G-14) des Rotors (RO) eintritt. Die prinzipielle Richtung dieser Überleitung des Fluid­ stroms ist als dicke, gestrichelte Linie eingezeichnet. Die Differenz zwischen Geschwindigkeit des Fluid im Kanal (F-14) und Umlaufgeschwindigkeit des Rotors ist die wirksame, relative Geschwindigkeit. In jedem Fall ist deren Richtung nahezu tangential. Figure 14, top left, shows a schematic and exemplary view from the back to the front in the direction of the axis of rotation. The fluid flow (A-14) of the inflow pipe is to be directed through baffles in channels (B-14) and thus to be directed in the tangential direction. Figure 14, top right, shows an enlarged view of how the fluid flow from channels (F-14, corresponding to B-14) of the housing (GE) emerges almost tangentially and also almost tangentially into channels (G-14) of the rotor (RO ) entry. The basic direction of this transfer of the fluid flow is shown as a thick, dashed line. The difference between the speed of the fluid in the channel (F-14) and the rotational speed of the rotor is the effective, relative speed. In any case, their direction is almost tangential.

In Bild 14, unten, ist schematisch und beispielhaft ein Längsschnitt durch eine entsprechende Turbine darge­ stellt. Die Außen- und Innenwandung der Gehäusekanäle ist so zu gestalten, daß prinzipiell die dem Fluid insgesamt zur Verfügung stehende Querschnittsfläche von hinten nach vorn konstant ist, damit die Geschwind­ igkeit im Zuflußrohr auch in den Kanälen erhalten bleibt. Diese Querschnittsfläche könnte auch von hinten nach vorn sauft verringert werden, damit ein Düseneffekt entsteht, d. h. die Geschwindigkeit des Fluidstroms bei der Übergabe an den Rotor möglichst hoch ist. In Figure 14, below, a longitudinal section through a corresponding turbine is shown schematically and as an example. The outer and inner walls of the housing channels are to be designed in such a way that in principle the total cross-sectional area available to the fluid is constant from the rear to the front, so that the speed in the inflow pipe is also retained in the channels. This cross-sectional area could also be reduced from the back to the front so that a nozzle effect occurs, that is to say the speed of the fluid flow when it is transferred to the rotor is as high as possible.

Wenn im Einlaufrohr eine Drallbewegung gegeben ist, muß wie oben die axiale Bewegungskomponente umge­ lenkt werden. Die Drehbewegung des Dralls dagegen muß lediglich auf einen größeren Radius angehoben werden. Die Zentrifugalkraft eines Starren Wirbels unterstützt dieses. Dennoch ergeben sich Turbulenzen bei einer Drallbewegung in Form eines Starren Wirbels. Dessen äußere Schichten besitzen relativ hohe Beweg­ ungsenergie, müssen jedoch bei der Umlenkung aus axialer in radiale Richtung nur den relativ kurzen Weg Zurücklegen. Den relativ langen Weg dieser Umlenkung müssen die inneren Schichten zurücklegen, doch diese besitzen relativ wenig Bewegungsenergie.If there is a swirl movement in the inlet pipe, the axial movement component must be reversed as above be directed. The rotational movement of the swirl, however, only has to be raised to a larger radius become. The centrifugal force of a rigid vertebra supports this. Nevertheless, there is turbulence a twisting motion in the form of a rigid vortex. Its outer layers have relatively high motion energy, but only have to travel a relatively short distance when redirecting from an axial to a radial direction Return. The inner layers have to travel the relatively long way of this redirection, but this have relatively little kinetic energy.

Nur wenn im Einlaufrohr eine Potentialdrallströmung gegeben ist, kann die Umlenkung problemlos erfolgen. Denn dort sind die Verhältnisse umgekehrt: die inneren Fluidschichten des Zuflußrohres besitzen höhere Bewegungsenergie und können darum den äußeren, langen Weg dieser Umlenkung gehen, die äußeren Fluid­ schichten des Zuflußrohres besitzen geringere Bewegungsenergie und müssen entsprechend nur den inneren, kürzeren Weg dieser Umlenkung gehen.Only if there is a potential swirl flow in the inlet pipe can the deflection be carried out without any problems. Because the situation there is reversed: the inner fluid layers of the inflow pipe have higher ones Kinetic energy and can therefore go the outer, long way of this deflection, the outer fluid Layers of the inflow pipe have less kinetic energy and accordingly only need the inner, go shorter path of this redirection.

In Bild 14, mittlere Darstellungszeile, links, ist schematisch und beispielhaft eine Sicht von hinten nach vorn in Richtung Rotationsachse dargestellt. Der Fluidstrom (A-14) des Zuflußrohres weist hier eine Potentialdrall­ strömung auf mit einer Drallrichtung im Uhrzeigersinn. Dieser Fluidstrom kann reibungsfrei in tangentialer Richtung durch Leitbleche abgegriffen werden und in die Kanäle (C-14 bzw. D-14) des Gehäuses gelenkt werden. Durch die nach außen zurückweichenden Leitbleche ist weniger Druck von außen nach innen gegeben, das Fluid kann nun aufgrund Trägheit in tangentiale Richtung größerer Radien gleiten. Die bislang gerichtete Strömung bleibt dabei erhalten. Es sind nur wenige Leitbleche erforderlich. Lediglich außen sollte die tangentiale Strömung durch zusätzliche Leitbleche sicher geführt werden. Figure 14, middle line on the left, shows schematically and exemplarily a view from the back to the front in the direction of the axis of rotation. The fluid flow (A-14) of the inflow tube has a potential swirl flow with a swirl direction in the clockwise direction. This fluid flow can be tapped without friction in the tangential direction by baffles and directed into the channels (C-14 or D-14) of the housing. Due to the deflection of the baffles towards the outside, there is less pressure from outside to inside, the fluid can now slide due to inertia in the tangential direction of larger radii. The current flow so far remains unchanged. Only a few baffles are required. The tangential flow should only be guided safely on the outside by additional baffles.

Die Kanäle (D-14) entsprechen damit obigen Kanälen (B-14 bzw. auch F-14), so daß auch der in Bild 14, unten, dargestellte Längsschnitt entsprechend für einen Zufluß durch Potentialdrallströmung als Beispiel dienen kann.The channels (D-14) thus correspond to the above channels (B-14 and also F-14), so that the longitudinal section shown in Figure 14, below, can also serve as an example for an inflow due to potential swirl flow.

Die Zielsetzung einer nahezu tangentialen Übergabe des Fluids vom Gehäuse an den Rotor ist nicht darauf beschränkt, das Fluid von innen nach außen zu übergeben. Stets gleiche Richtung der relativen Geschwindig­ keit ist auch gegeben, wenn das Fluid nahezu tangential in einer zur Rotationsachse parallelen Richtung oder in einer diagonalen Richtung übergeben wird. In Bild 14, mittlere Darstellungszeile, rechts, sind zwei Möglich­ keiten schematisch dargestellt. Bei H-14 wird das Fluid parallel zur Rotationsachse übergeben. Bei I-14 ist die Schnittfläche zwischen Gehäuse und Rotor diagonal angeordnet.The objective of an almost tangential transfer of the fluid from the housing to the rotor is not limited to the transfer of the fluid from the inside to the outside. The same direction of the relative speed is always given if the fluid is transferred almost tangentially in a direction parallel to the axis of rotation or in a diagonal direction. In Figure 14, middle display line, right, two options are shown schematically. With H-14 the fluid is transferred parallel to the axis of rotation. At I-14, the cut surface between the housing and the rotor is arranged diagonally.

Besondere Eigenschaften bei axialem Zufluß aus einem RohrSpecial properties with axial inflow from a pipe

Im Einlaufbereich einer Turbine muß Fluid umgelenkt werden. Eine Potentialdrallströmung läßt sich mit geringstem Aufwand und geringstem Widerstand umlenken. Eine Potentialdrallströmung hat in einem Rohr gleichen Durchmessers einen höheren Durchsatz in axialer Richtung und zusätzlich besitzt sie die Bewegungs­ komponenten in Drehrichtung. Durch eine Turbine wird kinetische Energie eines Fluids in Drehbewegung umgesetzt. Es ist logisch, daß die Potentialdrallströmung hierfür die ideale Voraussetzung ist. Mit einem nach vorstehenden Kriterien gebauten Einlaufbereich einer Turbine wird das gesamte Bewegungpotential der Potentialdrallströmung an großem Hebelarm bei bestmöglichem Massedurchsatz und bestmöglicher Geschwindigkeit dem Rotor zur Verfügung gestellt.Fluid must be deflected in the inlet area of a turbine. A potential swirl flow can be with redirect the least effort and the least resistance. A potential swirl flow has in a pipe  same diameter a higher throughput in the axial direction and in addition it has the movement components in the direction of rotation. A turbine rotates kinetic energy of a fluid implemented. It is logical that the potential swirl flow is the ideal prerequisite for this. With one after The built-in area of a turbine according to the above criteria shows the entire movement potential of the Potential swirl flow on a large lever arm with the best possible mass throughput and the best possible Speed made available to the rotor.

Konstruktive Ausführung bei tangentialem Zufluß aus einem RohrConstructional design with tangential inflow from a pipe

Eine tangentiale Strömung im Einlaufbereich einer Turbine ist ohne Umlenkung durch Leitbleche möglich, wenn das Zuflußrohr nahezu rechtwinklig zum einem Einlaufbereich führt und um diesen in tangentialer Richtung herum gekrümmt wird. Das Fluid wird dann durch die äußere Wandung in eine Kreis- bzw. Spiral­ bahn umgelenkt. Die Reibung an der äußeren Wandung hat dann positive Wirkung in diesem Drehsinne. Selbst eine turbulente Strömung bekommt damit eine besser ausgerichtete Bewegungsform. Besonders wertvoll jedoch ist, wenn im Zuflußrohr eine Potentialdrallströmung gegeben ist. Der Fluidstrom sollte dann, wie oben mehr­ fach beschrieben, tangential abgegriffen und in einen Überleitkanal fließen. Dieser wiederum sollte nahezu senkrecht auf die Wandung des Einlaufbereiches weisen. Damit wird die axiale Bewegungskomponenten wie die Drallkomponente der Potentialdrallströmung vollkommen in eine tangentiale Strömung im Einlaufbereich überführt. Es ist prinzipiell eine Zuführung des Zuflußrohres außen am Einlaufbereich oder alternativ dazu auch innen im Einlaufbereich machbar.A tangential flow in the inlet area of a turbine is possible without being deflected by baffles, when the inflow pipe leads almost at right angles to an inlet area and tangential around it Is curved around. The fluid is then through the outer wall in a circle or spiral diverted path. The friction on the outer wall then has a positive effect in this sense of rotation. Even a turbulent flow thus gets a better oriented form of movement. However, it is particularly valuable is when there is a potential swirl flow in the inflow tube. The fluid flow should then, as above, be more described, tapped tangentially and flowing into a transfer channel. This in turn should be almost point perpendicular to the wall of the inlet area. So the axial motion components like the swirl component of the potential swirl flow completely into a tangential flow in the inlet area transferred. In principle, it is a feed of the inflow pipe on the outside of the inlet area or alternatively also feasible inside the inlet area.

In Bild 15, linke Darstellungsspalte, sind die verschiedenen Möglichkeiten jeweils in einer schematischen und beispielhaften Darstellung eines Längsschnitts des Einlaufbereiches dargestellt. In Bild 15, rechte Darstellungs­ spalte, sind jeweils entsprechend die Querschnitte dargestellt. Figure 15, left-hand column, shows the various options in a schematic and exemplary representation of a longitudinal section of the inlet area. The cross sections are shown accordingly in Figure 15, right-hand display column.

In Bild 15, obere Darstellungszeile, ist die Zuführung eines Zuflußrohres (A-15) nahezu senkrecht zur Achse des Einlaufbereiches dargestellt. Das Zuflußrohr ist um den Einlaufbereich gekrümmt, bildet damit eine Zuflußkanal (B-15), dessen Querschnittsfläche sich kontinuierlich verringert. Der Zuflußkanal ist nach innen offen, wodurch das Fluid in den Einlaufbereich (C-15) einströmt. Der Einlaufbereich weist die Form eines doppelwandigen Rohres auf, in welchem eine kreisende Strömung gegeben ist auf einer Bahn nahezu senkrecht zur Achse dieses Einlaufbereiches. Das Fluid kann von dort aus einem Rotor nahezu tangential zugeführt werden (hier nicht dargestellt). Figure 15, upper line of the illustration, shows the feed of an inflow pipe (A-15) almost perpendicular to the axis of the inlet area. The inflow pipe is curved around the inlet area, thus forming an inflow channel (B-15), the cross-sectional area of which is continuously reduced. The inflow channel is open to the inside, whereby the fluid flows into the inlet area (C-15). The inlet area is in the form of a double-walled tube in which there is a circulating flow on a path almost perpendicular to the axis of this inlet area. From there, the fluid can be supplied to a rotor almost tangentially (not shown here).

In Bild 15, zweite Darstellungszeile, ist eine entsprechende Konzeption dargestellt. Hier wird das Zuflußrohr (D-15) jedoch innen in den Einlaufbereich zugeführt, d. h. der Zuflußkanal (E-15) gibt nach außen den Fluid­ strom in den Einlaufbereich (F-15) ab. A corresponding concept is shown in Figure 15, second display line. Here, however, the inflow pipe (D-15) is fed inside into the inlet area, ie the inflow channel (E-15) releases the fluid flow to the outside into the inlet area (F-15).

Diese tangentiale Zuführung ist für jede Form von Bewegung im Zuflußrohr anwendbar. Bei einer Drall- bzw. Potentialdrallströmung im Zuflußrohr kann darüber hinaus deren Drallkomponente zusätzlich genutzt werden. In Bild 15, dritte Darstellungszeile, ist die äußere Zuführung eines solchen Zuflußes prinzipiell dargestellt.This tangential feed can be used for any form of movement in the inflow pipe. In the case of a swirl or potential swirl flow in the inflow tube, its swirl component can also be used in addition. Figure 15, third line of the illustration, shows the external supply of such an inflow in principle.

Das Fluid des Zuflußrohres (G-15) sollte, wie mehrfach beschrieben, tangential abgegriffen werden und in einen Überleitkanal gelenkt werden. Der Drall wird damit aufgestellt. Hier wird nun diese Überleitkanal (H-15) nahezu senkrecht zur Wandung des Einlaufbereiches ausgerichtet. Durch die Krümmung des Zuflußrohres um den Einlaufbereich tritt das Fluid aus dem Überleitanal aus und in nahezu tangentialer Richtung in den Einlaufbereich (I-15) ein. Die Drall- wie axiale Bewegungskomponente werden in eine tangentiale Strömung überführt. Wenn im Zuflußrohr ein Drall im Uhrzeigersinn gegeben ist, sollte das Zuflußrohr auch im Uhr­ zeigersinn um den Einlaufbereich gekrümmt sein. Beide Bewegungen addieren sich damit und ergeben auch im Einlaufbereich eine Drehbewegung im Uhrzeigersinn.The fluid of the inflow pipe (G-15) should, as described several times, be tapped tangentially and in a transfer channel can be directed. The swirl is thus set up. Here is this transfer channel (H-15) Aligned almost perpendicular to the wall of the inlet area. Due to the curvature of the inflow pipe the inlet area, the fluid emerges from the transfer duct and in an almost tangential direction Infeed area (I-15). The swirl and axial motion components are in a tangential flow transferred. If there is a clockwise swirl in the inflow tube, the inflow tube should also be clockwise be curved clockwise around the inlet area. Both movements add up and also result in Infeed area a clockwise rotation.

In Bild 15, untere Darstellungszeile, ist eine entsprechende Konzeption dargestellt. Hier wird das Zuflußrohr (J-15) jedoch innen in den Einlaufbereich zugeführt, d. h. der Zuflußkanal (K-15) gibt nach außen den Fluid­ strom in den Einlaufbereich (L-15) ab.A corresponding concept is shown in Figure 15, lower display line. Here, however, the inflow pipe (J-15) is fed inside into the inlet area, ie the inflow channel (K-15) emits the fluid flow to the outside into the inlet area (L-15).

Diese Konzeption zur Nutzung einer Potentialdrallströmung ist ebenso anwendbar, wenn lediglich eine Drall­ strömung vorliegt.This concept of using a potential swirl flow can also be used if only one swirl flow is present.

Besondere Eigenschaften bei tangentialem Zufluß aus einem RohrSpecial properties with tangential inflow from a pipe

Eine tangentiale Zuführung des Fluids im Einlaufbereich einer Turbine ist mit vorstehenden Prinzipien ohne Leitbleche, d. h. mit geringen Reibungsverlusten, möglich. Selbst turbulente Strömung wird durch die einrol­ lende Bewegung in eine besser ausgerichtete Strömung überführt. Besonders wertvoll ist diese Konzeption bei Zuführung einer (Potential-)drallströmung, weil auch deren zusätzliche Drallkomponenten ohne Umlenkung an Leitblechen der gewünschten Bewegungsrichtung zugeführt wird.A tangential supply of the fluid in the inlet area of a turbine is without the above principles Baffles, d. H. with low friction losses, possible. Even turbulent flow is caused by the einrol lend movement into a more aligned flow. This concept is particularly valuable for Supply of a (potential) swirl flow, because its additional swirl components also without deflection is fed to the desired direction of movement on baffles.

3.12. Abgasturbolader3.12. Exhaust gas turbocharger Funktionfunction

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, die kinetische Energie der Abgase eines Motors zu nutzen, indem Verbrennungsluft mit erhöhtem Druck den Zylindern zugeführt wird.This construction element is suitable for using the kinetic energy of the exhaust gases of an engine by Combustion air is supplied to the cylinders with increased pressure.

KonstruktionsprinzipienConstruction principles

Das Abgas sollte aus den Zylindern so abgeführt werden, daß im Abgasrohr eine Drallbewegung gegeben ist. Diese ist wie vorstehend beschrieben einer Turbine zuzuführen. Die Pumpe sollte entsprechend oben beschrieb­ ener Druckpumpe konzipiert sein und die Verbrennungsluft über eine Gehäuseschnecke in eine Potentialdrall­ strömung überführen. Eine teilweise Rückführung ist jeweils sinnvoll hinsichtlich des Bewegungsablaufes. The exhaust gas should be discharged from the cylinders so that there is a swirl movement in the exhaust pipe. This is to be fed to a turbine as described above. The pump should be described accordingly a pressure pump and the combustion air into a potential swirl via a housing screw to transfer current. A partial return is always useful with regard to the movement sequence.  

Konstruktive AusführungConstructional execution

In Bild 16 ist schematisch und beispielhaft ein Längsschnitt durch einen Abgasturbolader dargestellt. Im Gehäuse (GE) ist eine Rotor (RO) drehbar um seine Rotationsachse (RA) gelagert. Auf gleicher Achse befindet sich die Pumpe (links) wie die Turbine (rechts). Die Pumpe ist prinzipiell entsprechend oben beschriebener Druckpumpe angelegt. Der Einlaufbereich zur Turbine ist prinzipiell entsprechend zuvor beschriebenem tangentialem Zufluß aus einem Rohr mit (Potential-)drallströmung angelegt, Details zu diesen Konstruktions­ elementen sind jeweils dort beschrieben.A longitudinal section through an exhaust gas turbocharger is shown schematically and as an example in Figure 16. A rotor (RO) is rotatably mounted in the housing (GE) about its axis of rotation (RA). The pump (left) and the turbine (right) are on the same axis. The pump is basically designed according to the pressure pump described above. The inlet area to the turbine is basically created according to the previously described tangential inflow from a pipe with (potential) swirl flow, details of these construction elements are described there in each case.

Die Verbrennungsluft wird im Einlaufbereich (A-16) der Turbine angesaugt. Sie wird durch die zahnförmigen Kanäle (B-16) bzw. geschlossenen Kanäle (C-16) des Rotors der Druckpumpe erfaßt und in Drehbewegung versetzt. Wesentlich ist hier, daß die Druckpumpe die Verbrennungsluft tangential in eine Gehäuseschnecke (D-16) überleitet, in welcher damit eine intensive Potentialdrallströmung entsteht. In dieser Bewegungsform ist die Verbrennungsluft den Zylindern zuzuführen, z. B. in Form nachfolgenden Drehventilrohres.The combustion air is drawn into the inlet area (A-16) of the turbine. It is tooth-shaped Channels (B-16) or closed channels (C-16) of the rotor of the pressure pump detected and in rotary motion transferred. It is essential here that the pressure pump tangentially the combustion air into a housing screw (D-16), in which an intense potential swirl flow arises. In this form of movement is supply the combustion air to the cylinders, e.g. B. in the form of the following rotary valve tube.

Es ist sinnvoll, mehr Verbrennungsluft als erforderlich zu fördern. Die nicht gebrauchte Menge Luft sollte zurückgeführt werden. Sie sollte in axialer Richtung (E-16) der Druckpumpe zugeführt werden. Ihre kinetische Energie geht damit keinesfalls verloren, sondern bewirkt im Gegenteil eine Intensivierung der gewünschten Fluidbewegung im Einlaufbereich der Druckpumpe.It makes sense to pump more combustion air than necessary. The unused amount of air should to be led back. It should be fed to the pressure pump in the axial direction (E-16). Your kinetic Energy is by no means lost, on the contrary, it intensifies the desired one Fluid movement in the inlet area of the pressure pump.

Die Bewegung im Abgasrohr (F-16) sollte eine Drallbewegung sein. Das Abgasrohr sollte nahezu senkrecht zum Einlaufbereich der Turbine geführt werden. Die Abgase sollten durch Überleitkanäle aus dem Abgasrohr in den Einlaufbereich gelenkt werden. Die Überleitkanäle sollten nahezu senkrecht zur Wandung des Einlauf­ bereiches weisen. Die Abgase werden damit nahezu tangential in den Einlaufbereich gelenkt. Diese Strömung kann durch entsprechend geformte Schaufeln (G-16) des Rotors in axiale Richtung (H-16) umgelenkt werden.The movement in the exhaust pipe (F-16) should be a swirl movement. The exhaust pipe should be almost vertical to the inlet area of the turbine. The exhaust gases should pass through transfer ducts from the exhaust pipe be directed into the inlet area. The transfer channels should be almost perpendicular to the wall of the inlet area show. The exhaust gases are thus directed almost tangentially into the inlet area. This current can be deflected in the axial direction (H-16) by appropriately shaped blades (G-16) of the rotor.

Eine Teilmenge des Abgases (I-16) sollte dort abgegriffen und zurück zum Anfang des Abgasrohres geleitet werden, so daß darin ein Kreislauf gegeben ist.A portion of the exhaust gas (I-16) should be tapped there and directed back to the beginning of the exhaust pipe be, so that there is a cycle.

Besondere EigenschaftenSpecial properties

Die hier vorgestellte Druckpumpe ist besonders geeignet, erhöhten Luftdruck zu erzeugen. Die tangentiale Zuleitung in eine Gehäuseschnecke ergibt eine starke Potentialdrallströmung. Durch die teilweise Rückführung dieser Strömung wird diese in der Druckpumpe nicht zerstört, sondern noch gefördert.The pressure pump presented here is particularly suitable for generating increased air pressure. The tangential Lead into a housing screw results in a strong potential swirl flow. Due to the partial repatriation This flow is not destroyed in the pressure pump, but is still promoted.

Es ist relativ einfach, im Abgasrohr eine Drallbewegung zu organisieren. Diese kann wesentlich leichter umge­ lenkt werden, ist besser nutzbar in der Turbine und ergibt auch hinter der Turbine eine weniger turbulente Strömung für die weitere Ableitung der Abgase. Auch hier werden alle Bewegungsabläufe durch eine teilweise Rückführung der Abgase stabilisiert. It is relatively easy to organize a swirl movement in the exhaust pipe. This can be done much easier is more usable in the turbine and also results in a less turbulent behind the turbine Flow for the further discharge of the exhaust gases. Here, too, all movements are partially Return of the exhaust gases stabilized.  

3.13. Drehventilrohr3.13. Rotary valve tube Funktionfunction

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, den Fluiddurchsatz in Hubkolbenmaschinen zu steuern.This design element is suitable for controlling the fluid throughput in reciprocating piston machines.

KonstruktionsprinzipienConstruction principles

Im Zylinderkopf herkömmlicher Hubkolbenmaschinen sind Ein- und Auslaßventile installiert und wird durch Rohre jedem Zylinder einzeln die Verbrennungsluft zugeführt bzw. dessen Abgas abgeführt. Anstelle dessen sollte nur ein Rohr parallel zur Motorlängsachse installiert werden für die Zuleitung der Verbrennungsluft aller Zylinder. Dieses Drehventilrohr wird im folgenden "Luftrohr" genannt. Entsprechend sollte nur ein Rohr für die Ableitung der Abgase aller Zylinder installiert sein. Dieses Drehventilrohr wird im folgenden "Abgasrohr" genannt. Durch Öffnungen am Mantel dieser Rohre fließt das Fluid in den Zylinder bzw. aus dem Zylinder. Diese Rohre müssen drehbar gelagert sein und eine halbe Umdrehung je einer Umdrehung der Kurbelwelle ausführen. Die Verbrennungsluft sollte sich in Form einer Potentialdrallströmung im Luftrohr bewegen, die Abgase sollten sich in Form einer Drallströmung im Abgasrohr bewegen. Es sollte mehr Fluid gefördert werden als erforderlich, so daß Teilmengen des Fluids zurückgeführt werden, um einen Bewegungskreislauf zu bilden mit stabiler Drallbewegung bzw. Potentialdrallbewegung.Intake and exhaust valves are installed in the cylinder head of conventional reciprocating piston machines and is operated by The combustion air is fed to each cylinder individually or the exhaust gas is removed. Instead of only one pipe should be installed parallel to the engine longitudinal axis for the supply of combustion air to all Cylinder. This rotary valve tube is called "air tube" in the following. Accordingly, only one pipe for discharge of exhaust gases of all cylinders must be installed. This rotary valve pipe is called "exhaust pipe" called. The fluid flows into and out of the cylinder through openings in the jacket of these tubes. These tubes must be rotatably supported and half a turn one turn of the crankshaft To run. The combustion air should move in the form of a potential swirl flow in the air pipe Exhaust gases should move in the form of a swirl flow in the exhaust pipe. More fluid should be pumped are considered necessary so that aliquots of the fluid are returned to a circulatory system form with stable swirl movement or potential swirl movement.

In Bild 17 ist schematisch eine Draufsicht auf einen Hubkolbenmotor dargestellt. Die mittigen drei Kreise stellen drei Zylinder dar. Die Drehventilrohre sind durch dicke Linien hervorgehoben. Oben befindet sich das Luftrohr, unten das Abgasrohr. Die Druckpumpe oben beschriebenen Abgasturboladers könnte das Fluid zum Luftrohr anliefern. Der Turbine dieses Abgasturboladers könnte der Fluidstrom des Abgasrohres zugeführt werden. Figure 17 shows a schematic top view of a reciprocating piston engine. The three circles in the middle represent three cylinders. The rotary valve tubes are highlighted by thick lines. The air pipe is at the top, the exhaust pipe at the bottom. The exhaust gas turbocharger pressure pump described above could deliver the fluid to the air pipe. The fluid flow of the exhaust pipe could be supplied to the turbine of this exhaust gas turbocharger.

Alternativ dazu ist hier dem Luftrohr ein Vordrallerzeuger vorgeschaltet. Dieses Konstruktionselement Vor­ drallerzeuger ist oben detailliert beschrieben. Alternativ zum obigen Abgasturbolader ist hier dem Abgasrohr unmittelbar eine Turbine nachgeschaltet.Alternatively, a pre-swirl generator is connected upstream of the air pipe. This construction element before swirl generator is described in detail above. As an alternative to the exhaust gas turbocharger above, here is the exhaust pipe immediately followed by a turbine.

Konstruktive AusführungConstructional execution

In Bild 17 sind die diversen Funktionselemente nur schematisch dargestellt. Folgende Bestandteile des Ge­ häuses (GE) bzw. der Drehventilrohre dienen prinzipiell dem Fluidkreislauf: In einem Einlaufbereich (A-17) wird Verbrennungsluft angesaugt. Durch die lamellenförmigen Schaufeln eines Vordrallerzeugers (B-17) wird Fluid beschleunigt und in Form einer Potentialdrallströmung dem Luftrohr (C-17) zugeführt. Das Luftrohr dreht mit halber Drehzahl der Motorkurbelwelle. Dieses ist leicht zu bewerkstelligen, ein entsprechendes Getriebe ist darum hier nicht dargestellt. Wenn der Vordrallerzeuger mit dem Luftrohr starr verbunden ist, wie hier schematisch dargestellt, wird eine entsprechende Luftmenge gefördert. Wenn eine zusätzliche Aufladung gewünscht ist, dürften zwischen Luftrohr und Vordrallerzeuger keine starre Verbindung sein, sondern müßte der Vordrallerzeuger durch ein Übersetzung höhere Drehzahl aufweisen. The various functional elements are only shown schematically in Figure 17. The following components of the housing (GE) and the rotary valve tubes serve principally for the fluid circuit: Combustion air is drawn in in an inlet area (A-17). Fluid is accelerated by the lamellar blades of a pre-swirl generator (B-17) and supplied to the air pipe (C-17) in the form of a potential swirl flow. The air tube rotates at half the engine crankshaft speed. This is easy to do, so a corresponding gear is not shown here. If the pre-swirl generator is rigidly connected to the air pipe, as shown schematically here, a corresponding amount of air is conveyed. If additional charging is desired, there should be no rigid connection between the air pipe and pre-swirl generator, but the pre-swirl generator should have a higher speed due to a gear ratio.

Durch Öffnungen am Mantel des Luftrohres fließt Verbrennungsluft durch Einlaßöffnungen (D-17) des Zylinders in diesen ein im Einsaugtakt. Im Auslaßtakt verlassen die Abgase durch Auslaßöffnungen (E-17) den Zylinder und fließen durch Öffnungen am Mantel des Abgasrohres (F-17) in dieses ein. Diese Überleitung ist so angelegt, daß im Abgasrohr eine Drallbewegung gegeben ist. Dieser Drall kann durch Schaufeln (G-17) einer Turbine aufgestellt werden. Diese Turbine kann, wie hier schematisch dargestellt, fest verbunden sein mit dem Abgasrohr. Das Abgasrohr dreht mit halber Drehzahl der Kurbelwelle des Motors. Dieses ist wiederum leicht zu bewerkstelligen, ein entsprechendes Getriebe ist darum hier nicht dargestellt. Die Turbine könnte wiederum anders gestaltet bzw. übersetzt sein. Das Abgas wird im Auslaufbereich (H-17) weiteren Funktions­ elementen zugeleitet.Combustion air flows through openings in the jacket of the air pipe through inlet openings (D-17) of the Cylinders in this one in the intake stroke. In the exhaust cycle, the exhaust gases leave through exhaust openings (E-17) Cylinder and flow through openings in the jacket of the exhaust pipe (F-17) into this. This transition is designed so that there is a swirl movement in the exhaust pipe. This twist can be achieved by shoveling (G-17) a turbine. As shown schematically here, this turbine can be firmly connected to the exhaust pipe. The exhaust pipe rotates at half the engine crankshaft speed. This is again easy to do, a corresponding gear is therefore not shown here. The turbine could again designed or translated differently. The exhaust gas becomes more functional in the outlet area (H-17) elements forwarded.

Es sollte mehr Fluid gefördert werden als in vorigem Prozeß erforderlich ist. Damm ist hier schematisch dargestellt, daß am Ende des Luftrohres (C-17) überschüssige Verbrennungsluft durch Bogen (L-17) bzw. Rohre wieder zurück geführt wird zum Einlaßbereich (A-17). Die Zuleitung dort (M-17) sollte tangential erfolgen, so daß im Einlaufbereich bereits die gewünschte Drehbewegung initiiert wird. Die kinetische Energie der zurück geleiteten Luftmenge geht also keinesfalls verloren, sondern fördert im Gegenteil die gewünschten Bewegungsabläufe. Entsprechend sollte auch am Ende des Abgasrohres (F-17) entsprechende Teilmengen der Abgase ausgeleitet und zurückgeführt werden (I-17, J-17 und K-17). Die Ausleitung sollte nach den Kriterien der Ausleitung von Teilfluidströmen der Rohrerfindung angelegt sein. Diese Ausleitung ist hier am Ende des Abgasrohres und vor der Turbine dargestellt. Die zurückgeführte Abgasteilmenge könnte auch nach der Turbine abgegriffen werden. Eine dritte Form der Rückführung ist hier nur schematisch angezeigt (N-17): Teilmengen des Abgases könnten auch zurück geleitet werden in den Kreislauf der Verbrennungsluft.More fluid should be pumped than is required in the previous process. Dam is schematic here shown that at the end of the air pipe (C-17) excess combustion air through bends (L-17) or Pipes are returned to the inlet area (A-17). The supply line there (M-17) should be tangential take place so that the desired rotary movement is already initiated in the inlet area. The kinetic energy The amount of air returned is therefore not lost, on the contrary, it promotes the desired one Movements. Corresponding subsets of the should also be at the end of the exhaust pipe (F-17) Exhaust gases are discharged and returned (I-17, J-17 and K-17). The diversion should follow the criteria the discharge of partial fluid flows of the pipe invention. This diversion is here at the end of Exhaust pipe and shown in front of the turbine. The recirculated exhaust gas subset could also after the Turbine can be tapped. A third form of return is only shown schematically here (N-17): Partial quantities of the exhaust gas could also be returned to the combustion air circuit.

In Bild 18, oben links, ist schematisch und beispielhaft ein Querschnitt durch den Zylinderkopf eines Motors dargestellt. Im Gehäuse (GE) befindet sich die Aussparung des Zylinders (A-18), in diesem ist ein Kolben (B-18) im oberen Totpunkt eingezeichnet. Im Gehäuse sind runde Aussparungen zur Aufnahme des Luftrohres (E-18) wie des Abgasrohres (G-18) angebracht. Die Zylinder-Aussparung weist gegenüber der Luftrohr-Aus­ sparungs eine Öffnung (C-18) und gegenüber der Abgas-Aussparung eine entsprechende Öffnung (D-18) auf. Figure 18, top left, shows a schematic and exemplary cross-section through the cylinder head of an engine. The recess of the cylinder (A-18) is located in the housing (GE), in which a piston (B-18) is located at top dead center. Round recesses are provided in the housing to accommodate the air pipe (E-18) and the exhaust pipe (G-18). The cylinder recess has an opening (C-18) in relation to the air tube recess and a corresponding opening (D-18) in relation to the exhaust gas recess.

In ihren Aussparungen drehen sich das Luftrohr wie das Abgasrohr gleichsinnig mit halber Drehzahl der Kurbelwelle des Motors. Innerhalb des Luftrohres wie des Abgasrohres bewegt sich Fluid mit gleichsinnigem Drall (F-18 und H-18). Diese Rohre weisen Öffnungen am Mantel auf, durch welche Fluid in den Zylinder fließen kann bzw. aus diesem entgegen genommen wird. Hier ist beispielsweise eine Situation am Ende des Auslaßtaktes dargestellt. Die Auslaßöffnung (D-17) wurde gerade wieder geschlossen durch die Außen­ wandung des Abgasrohres, die Einlaßöffnung (C-17) wird durch die Drehung des Luftrohres nächstens geöffnet. Luftrohr wie Abgasrohr werden gebildet durch eine Innenwandung und eine Außenwandung. Die dem Fluid zur Verfügung stehende Querschnittsfläche wird im Abgasrohr generell größer sein als im Luftrohr. In their recesses, the air pipe and the exhaust pipe rotate in the same direction at half the speed of the Crankshaft of the engine. Fluid moves in the same direction within the air pipe as the exhaust pipe Swirl (F-18 and H-18). These tubes have openings on the jacket through which fluid enters the cylinder can flow or is received from it. For example, here is a situation at the end of the Exhaust stroke shown. The outlet opening (D-17) has just been closed again by the outside wall of the exhaust pipe, the inlet opening (C-17) is next through the rotation of the air pipe open. Air pipe and exhaust pipe are formed by an inner wall and an outer wall. The The cross-sectional area available to the fluid will generally be larger in the exhaust pipe than in the air pipe.  

Prinzipiell wird diese Fläche im Luftrohr von hinten nach vorn abnehmend und im Abgasrohr zunehmend sein. Die Öffnungen am Mantel eines Rohres müssen entsprechend der Taktfolge je Zylinder entsprechend versetzt sein. In Bild 18, oben rechts, ist schematisch und beispielhaft ein Querschnitt durch ein Luftrohr vorigen Drei­ zylindermotors dargestellt. Die drei Öffnungen am Mantel (I-18, J-18, K-18) müssen dann um jeweils 120 Grad versetzt angeordnet sein. Die jeweiligen drei Querschnittsflächen sind durch unterschiedlich starke Linien hervorgehoben.In principle, this area in the air pipe will decrease from the back to the front and will increase in the exhaust pipe. The openings on the casing of a pipe must be offset according to the cycle sequence for each cylinder. In Figure 18, top right, a cross-section through an air tube from the previous three-cylinder engine is shown schematically and as an example. The three openings on the jacket (I-18, J-18, K-18) must then be offset by 120 degrees each. The respective three cross-sectional areas are highlighted by lines of different thickness.

In Bild 18, mittlere Darstellungszeile, sind zunächst fünf Zylinder (L-18) eines Fünfzylindermotors im Quer­ schnitt schematisch dargestellt. Eingezeichnet ist deren Einlaßöffnung (N-18, entsprechend C-18). Darunter ist schematisch die Mantelabwicklung des Luftrohres dargestellt, je ein Viertel des Mantels entspricht einem der vier Takte (O-18, P-18, Q-18, R-18 des linken Zylinders). Die prinzipielle Richtung der Drallbewegung ist durch schräge Hilfslinien eingezeichnet. Die Öffnungen am Mantel (M-18) sind so anzuordnen, wie es der gewünschten Folge entspricht. Wenn der Mantel sich in Bezug auf die Zylinderöffnung von unten nach oben bewegt, wird hier z. B. eine Zündfolge der Zylinder 1-3-5-2-4 erreicht.In Fig. 18, middle line, five cylinders (L-18) of a five-cylinder engine are shown schematically in cross section. The inlet opening (N-18, corresponding to C-18) is shown. Below this, the jacket development of the air tube is shown schematically, each quarter of the jacket corresponds to one of the four cycles (O-18, P-18, Q-18, R-18 of the left cylinder). The basic direction of the swirl movement is shown by oblique auxiliary lines. The openings on the jacket (M-18) must be arranged in the way that corresponds to the desired sequence. If the jacket moves from bottom to top with respect to the cylinder opening, z. B. reaches a firing order of cylinders 1-3-5-2-4 .

In Bild 18, unten, ist schematisch und beispielhaft der Verlauf einer Innenwandung (S-18) gegenüber der Außenwandung (T-18) des Luftrohres dargestellt. Im Prinzip wird der Abstand zwischen Innen- und Außen­ wandung von hinten nach vorn größer. Dieser Raum kann z. B. auch für Kühlzwecke genutzt werden. Die Innenwandung weist eine wellenförmige Kontur auf, welche von hinten nach vorn spiralig verläuft. Das Fluid bewegt sich in diesen gerundeten Nuten in axialer Richtung wie in Drehrichtung. Die Strömung schwingt zu­ gleich im Rohr, nach einer Mantelöffnung in Richtung Rohrmitte, vor einer Mantelöffnung nach außen. Die Verbrennungsluft wird damit optimal der Zylinderöffnung zugeführt. Analoges gilt für das Abgasrohr.In Figure 18, below, the course of an inner wall (S-18) in relation to the outer wall (T-18) of the air pipe is shown schematically and as an example. In principle, the distance between the inner and outer walls increases from the back to the front. This room can e.g. B. can also be used for cooling purposes. The inner wall has a wavy contour, which runs spirally from the back to the front. The fluid moves in these rounded grooves in the axial direction as well as in the direction of rotation. The flow swings immediately in the pipe, after a jacket opening in the direction of the pipe center, in front of a jacket opening to the outside. The combustion air is thus optimally fed to the cylinder opening. The same applies to the exhaust pipe.

Besondere EigenschaftenSpecial properties

Diese Drehventilrohre ersetzten viele herkömmliche Rohrkrümmer und Bauteile der Ein- und Auslaßventile. Die Öffnung der Zylinder ist groß und frei zu gestalten. Die Luft befindet sich schon vor dem Öffnen des Einlaß-Ventils in entsprechender Bewegungsrichtung und kann nach dessen Öffnen nahezu reibungslos ein­ fließen. Es kommt nach Schließen eines Einlaß-Ventils zu keinem abrupten Abbremen der Fluidströme. Das Fluid erfährt dabei lediglich einen erneuten Druck von außen nach innen, d. h. eine Beschleunigung im Sinne der Potentialdrallströmung. Analog dazu ist auch im Abgasrohr ein kontinuierlicher Fluidstrom mit Drall­ bewegung gegeben. In diesen Drall kann das Abgas nach Öffnen des Auslaß-Ventiles tangential eintreten, bewirkt damit eine Intensivierung des Dralls, welcher umgekehrt nach Abbau des hohen Drucks eine Sog­ wirkung auf das restliche Abgas bewirkt. Ein relativ reibungsfreier und kompletter Ladungswechsel im Zylinder ist damit gewährleistet. Diese Funktion wird mit einem Minimum an Bauteilen realisierbar, welche zudem ausschließlich rotierende Bewegungen aufweisen. Diese Drehventilrohre können bei Kraft- wie bei Arbeitsmaschinen eingesetzt werden. These rotary valve tubes replace many conventional elbows and components of the intake and exhaust valves. The opening of the cylinders is large and free to design. The air is before the opening of the Inlet valve in the corresponding direction of movement and can open almost smoothly after opening flow. There is no abrupt braking of the fluid flows after closing an inlet valve. The Fluid only experiences a renewed pressure from the outside in, ie. H. an acceleration in the sense the potential swirl flow. Analogous to this is a continuous fluid flow with swirl in the exhaust pipe given movement. The exhaust gas can enter this swirl tangentially after opening the outlet valve, causes an intensification of the swirl, which in turn causes suction after the high pressure has been released effect on the remaining exhaust gas. A relatively smooth and complete charge change in the Cylinder is guaranteed. This function can be realized with a minimum of components, which also only have rotating movements. These rotary valve tubes can be used for both force and Working machines are used.  

3.14. Ein- und Auslaßdrehventilrohr3.14. Inlet and outlet rotary valve tube Funktionfunction

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, den Fluiddurchsatz durch Hubkolbenmaschinen zu steuern.This construction element is suitable for controlling the fluid throughput through reciprocating piston machines.

KonstruktionsprinzipienConstruction principles

Dieses Konstruktionselement basiert auf den Prinzipien oben dargestellter Drehventilrohre. Insofern gelten obige Ausführungen hier analog. Hier wird nun zusätzlich die Funktion der Zuführung des Fluids zum Zylinder kombiniert mit der Funktion der Abführung des Fluids aus den Zylindern. In einem Rohr erfolgt sowohl die Zuführung wie die Abführung.This construction element is based on the principles of the rotary valve tubes shown above. In this respect apply The above statements are analogous here. Here, in addition, the function of supplying the fluid to Cylinder combined with the function of removing the fluid from the cylinders. Done in a tube both the infeed and the outfeed.

Konstruktive AusführungConstructional execution

In Bild 19, oben links, ist schematisch und stark vereinfacht ein Ausschnitt eines Querschnitts durch eine Hubkolbenmaschine dargestellt. Im Gehäuse (GE) ist die Aussparung eines Zylinders (A-19) angebracht, in welcher ein Kolben (B-19) in seinem oberen Totpunkt eingezeichnet ist. Im Gehäuse ist über dem Zylinder eine runde Aussparung angebracht, in welcher sich das Drehventilrohr (C-19) dreht. Das Drehventilrohr weist die halbe Drehzahl der Maschine auf. Im folgenden wird unterstellt, daß sich das Drehventilrohr im Uhrzeigersinn dreht. Der Querschnitt des Drehventilrohres ist durch eine Wandung in zwei Bereiche geteilt. Diese wird im folgenden "Trennwand" genannt. Ein Bereich dient der Zuführung von Fluid zum Zylinder, er wird im folgen­ den "Luftkanal" (E-19) genannt. Der andere Bereich dient der Abführung von Fluids aus dem Zylinder, er wird im folgenden "Abgaskanal" (D-19) genannt.In Figure 19, top left, a section of a cross-section through a reciprocating piston machine is shown schematically and in a highly simplified manner. In the housing (GE) there is a recess in a cylinder (A-19) in which a piston (B-19) is located at its top dead center. There is a round recess in the housing above the cylinder, in which the rotary valve tube (C-19) rotates. The rotary valve tube has half the speed of the machine. In the following it is assumed that the rotary valve tube rotates clockwise. The cross-section of the rotary valve tube is divided into two areas by a wall. This is called the "partition" below. One area is used to supply fluid to the cylinder, it is called the "air duct" (E-19) in the following. The other area is used to discharge fluids from the cylinder, it is hereinafter referred to as the "exhaust passage" (D-19).

In Bild 19, oben links, ist die prinzipielle Situation am Ende des Auslaßtaktes dargestellt. Die Öffnung des Abgaskanals (D-19) gegenüber der Öffnung des Zylinders wurde durch die Drehung des Drehventilrohres im Uhrzeigersinn gerade geschlossen, die Öffnung des Luftkanales (E-19) erreicht nun die Öffnung des Zylinders. Die dicke Linie durch den Durchmesser des Drehventilrohres stellt schematisch die Trennwand beider Bereiche dar. Die dünne Hilfslinie markiert die jeweils 90 Grad, welche einem Takt zur Verfügung stehen. Den beiden Bereichen steht prinzipiell der gesamte Querschnitt des Drehventilrohres zur Verfügung. Die Öffnungen des Ein- bzw. Auslaß sind dagegen auf maximal diese 90 Grad eines Kreisbogen beschränkt. Diese Darstellung zeigt nur diese prinzipielle Anordnung. Dennoch ist schon hier zu erkennen, daß relative große Öffnungen für den Ladungswechsel zur Verfügung stehen. Figure 19, top left, shows the basic situation at the end of the exhaust stroke. The opening of the exhaust duct (D-19) opposite the opening of the cylinder was just closed by turning the rotary valve tube clockwise, the opening of the air duct (E-19) now reaches the opening of the cylinder. The thick line through the diameter of the rotary valve tube schematically represents the partition between the two areas. The thin auxiliary line marks the 90 degrees that are available for one cycle. In principle, the entire cross-section of the rotary valve tube is available to both areas. The openings of the inlet and outlet, however, are limited to a maximum of this 90 degrees of an arc. This illustration only shows this basic arrangement. Nevertheless, it can already be seen here that relatively large openings are available for the gas exchange.

In Bild 19, mittlere und untere Darstellungszeile, sind analoge Darstellungen zu Bild 18 dargestellt. In Bild 19, mittlere Darstellungszeile, stellen die fünf Kreise eine Draufsicht auf die Zylinder (F-19) eines Fünfzylinder­ motors dar. Der Querschnitt der Zylinder-Öffnungen (G-19) könnte beispielsweise rechteckig Form aufweisen. In Bild 19, unten, ist eine Mantelabwicklung eines Drehventilrohres schematisch dargestellt. Die Trennwand verläuft spiralförmig im Drehventilrohr. Am Mantel wird dieses durch die diagonalen Linien dargestellt. Jeweils links und rechts von der Trennwand befindet sich der Luftkanal (I-19) bzw. der Abgaskanal (H-19). Figure 19, middle and lower display line, shows representations analogous to Figure 18. In Figure 19, middle display line, the five circles represent a top view of the cylinders (F-19) of a five-cylinder engine. The cross-section of the cylinder openings (G-19) could have a rectangular shape, for example. Figure 19, below, shows a jacket development of a rotary valve tube. The partition runs spirally in the rotary valve tube. This is shown on the jacket by the diagonal lines. The air duct (I-19) and the exhaust duct (H-19) are located to the left and right of the partition.

Jeweils unter den fünf Zylindern sind die entsprechenden Öffnungen des Abgaskanales (H-19) dargestellt, danach jeweils die des Luftkanales (I-19). Bei dieser Darstellung wird also unterstellt, daß sich der Mantel des Drehventilrohres in Bezug auf den Zylinder von unten nach oben bewegt. Wer ergibt sich aufgrund dieser Anordnung dann eine Zündfolge 1-3-5-2-4.The respective openings of the exhaust gas duct (H-19) are shown below the five cylinders, then those of the air duct (I-19). In this illustration, it is assumed that the jacket of the rotary valve tube moves from the bottom to the top with respect to the cylinder. Who results from this arrangement then a firing order 1-3-5-2-4 .

Der Querschnitt des Drehventilrohres sollte nicht, wie bislang unterstellt, durch eine gerade Trennwand in Form eines Durchmessers in die beiden Kanäle getrennt werden. Der Luftkanal muß hinten eine größere Querschnittsfläche aufweisen als vorn. Umgekehrt erfordert der Abgaskanal vorn eine größere Querschnitts­ fläche als hinten. Entsprechend sollte die Trennwand angelegt sein und zudem sollten strömungsgünstigere Formen eingesetzt werden.The cross section of the rotary valve tube should not, as previously assumed, through a straight partition in Form a diameter can be separated into the two channels. The air duct must have a larger one at the rear Cross-sectional area have as front. Conversely, the front exhaust duct requires a larger cross-section area than behind. The partition should be designed accordingly and more aerodynamically efficient Shapes are used.

In Bild 19, oben rechts, sind beispielhaft dazu diverse Querschnitte eines Drehventilrohres dargestellt. Wenn der Schnitt senkrecht zur Drallbahn der Kanäle gelegt ist, also diagonal zur Rohrachse, erscheint der runde Rohrquerschnitt als Ellipse. Die vier Querschnitte (I-19, K-19, L-19 und M-19) zeigen beispielhaft die Situation der vier Takte, jeweils beim ersten bis vierten Zylinder eines Vierzylindermotors. Figure 19, top right, shows various cross-sections of a rotary valve tube as an example. If the section is perpendicular to the swirl path of the channels, i.e. diagonally to the pipe axis, the round pipe cross section appears as an ellipse. The four cross-sections (I-19, K-19, L-19 and M-19) show an example of the situation of the four cycles, each for the first to fourth cylinders of a four-cylinder engine.

Bei J-19 ist der Ansaugtakt eines ersten Zylinders dargestellt. Der Luftkanal (N-19) weist seine größte Quer­ schnittsfläche auf, durch die große Öffnung kann Fluid tangential und reibungsfrei ausfließen. Eine Drehung des Drehventilrohres im Uhrzeigersinn ist unterstellt, aber auch das Fluid im Luftkanal weist starken Drall im Uhrzeigersinn auf. Beide gleichsinnige Bewegungen führen zu einer optimalen Füllung des Zylinders. Der Abgaskanal (R-19) erfordert im Bereich dieses ersten Zylinders nur eine relativ geringe Querschnittsfläche. Er muß bis hier nur die eventuelle Teilmenge von Abgas eine Rückführung aufnehmen sowie die Abgase dieses ersten Zylinders.The intake stroke of a first cylinder is shown at J-19. The air duct (N-19) has its largest cross cut surface, through the large opening fluid can flow tangentially and without friction. One turn of the rotary valve tube in the clockwise direction is assumed, but the fluid in the air duct also has a strong swirl in the Clockwise. Both movements in the same direction lead to an optimal filling of the cylinder. Of the Exhaust duct (R-19) requires only a relatively small cross-sectional area in the area of this first cylinder. He up to here only the possible partial amount of exhaust gas has to be recirculated and the exhaust gases of this first cylinder.

Bei K-19 ist der Kompressionstakt eines zweiten Zylinders dargestellt. Das Drehventilrohr hat also gegenüber der Situation J-19 eine Drehung um 90 Grad ausgeführt. Bei diesem zweiten Zylinder kann die Querschnitts­ fläche des Luftkanals (O-19) um die in den ersten Zylinder abgegebene Teilmenge an Fluid verringert sein. Dagegen muß der Abgaskanal (S-19) nur so dimensioniert sein, daß er das Abgas des zweiten Zylinders auf­ nehmen kann. Die Trennwand wird dazu in Richtung Rohrmitte verlagert, die gerundeten Formen der Kanäle ermöglichen bzw. ergeben weiterhin eine gut ausgerichtete Drallbewegung.At K-19 the compression stroke of a second cylinder is shown. The rotary valve tube has opposite situation J-19 made a 90 degree rotation. In this second cylinder, the cross section area of the air duct (O-19) can be reduced by the partial amount of fluid discharged into the first cylinder. In contrast, the exhaust duct (S-19) only has to be dimensioned such that it opens the exhaust gas of the second cylinder can take. The partition is moved towards the center of the pipe, the rounded shapes of the channels enable or result in a well-directed swirl movement.

Bei L-19 ist der Expansionstakt eines dritten Zylinders dargestellt. Das Drehventilrohr hat wiederum eine Drehung um 90 Grad gegenüber K-19 ausgeführt. Die Querschnittsfläche des Luftkanals (P-19) ist nun wiederum reduziert (gegenüber vorigem 0-19). Die Querschnittsfläche des Abgaskanals (T-19) ist nun wesentlich erweitert (gegenüber vorigem S-19) wie auch größer als die des Luftkanals P-19. The expansion stroke of a third cylinder is shown at L-19. The rotary valve tube has one Rotated 90 degrees from K-19. The cross-sectional area of the air duct (P-19) is now again reduced (compared to previous 0-19). The cross-sectional area of the exhaust duct (T-19) is now significantly expanded (compared to the previous S-19) as well as larger than that of the air duct P-19.  

Bei M-19 ist der Auslaßtakt eines vierten Zylinders dargestellt, wobei das Drehventilrohr sich wiederum um 90 Grad gegenüber L-19 gedreht hat. In die weite Öffnung des Abgaskanals (U-19) kann das Abgas reibungsfrei einströmen, wobei es die Drallbewegung im Abgaskanal verstärkt. Die Querschnittsfläche des Luftkanals muß hier nurmehr so dimensioniert sein, daß die anschließende Füllung dieses vierten Zylinders erfolgen kann. Außerdem wird sehr zweckmäßig sein, diesen Luftkanal danach nicht enden zu lassen. Es sollten vielmehr überschießende Teilmengen an Verbrennungsluft in diesem Kanal weiter geführt und zurück geführt werden zur Ladeluftpumpe. Die Vorteile dieser Maßnahme hinsichtlich eines optimalen Bewegungsablaufes sind mehrfach angesprochen und bzw. offenbar.M-19 shows the exhaust stroke of a fourth cylinder, with the rotary valve tube again turning 90 Degrees to L-19. In the wide opening of the exhaust duct (U-19) the exhaust gas can run smoothly flow in, thereby increasing the swirl movement in the exhaust duct. The cross-sectional area of the air duct must only be dimensioned here so that the subsequent filling of this fourth cylinder can take place. It will also be very useful not to let this air duct end afterwards. Rather, it should Excess quantities of combustion air are carried in this channel and returned to the charge air pump. The advantages of this measure with regard to an optimal movement sequence are addressed several times and or apparently.

Diese vier Darstellungen von Querschnitten (J-19 bis M-19) zeigen also einerseits die prinzipiellen Positionen des Luft- und des Abgaskanals während einer vollen Umdrehung des Drehventilrohres, welche den vier Takten und damit zwei Umdrehungen der Kurbelwelle eines Viertaktmotors entspricht. Andrerseits zeigen diese vier Darstellungen von Querschnitten (J-19 bis M-19) die prinzipiellen Größenverhältnisse des Luft- bzw. Abgas­ kanals von hinten nach vorn in dieser Maschine. Als hinten wurde dabei der erste Zylinder, als vorn der vierte Zylinder bezeichnet. Die Prinzipien dieser Konzeption für einen Motor können analog angewandt werden bei der Gestaltung einer Pumpe.These four representations of cross sections (J-19 to M-19) show the basic positions on the one hand of the air and exhaust gas channels during a full rotation of the rotary valve tube, which is the four cycles and thus corresponds to two revolutions of the crankshaft of a four-stroke engine. On the other hand, these four show Representations of cross sections (J-19 to M-19) the basic size relationships of the air or exhaust gas channel from back to front in this machine. The first cylinder was the rear, the fourth the front Called cylinder. The principles of this concept for an engine can be applied analogously to the design of a pump.

Besondere EigenschaftenSpecial properties

Die Vorteile dieses Drehventilrohres entsprechen denen der zuvor beschriebenen Version. Gegenüber dieser wurden hier die Zuführung und die Abführung von Fluid zu bzw. von Zylindern in einem Rohr vereinigt. Damit ergibt sich ein nochmals reduzierter Bauaufwand, weniger Bauteile, weniger Aufwand an Getriebe, weniger mechanische Reibung und beispielsweise auch vereinfachte Dichtung. Auf einer einzigen Achse lassen sich damit die Funktionselemente einer Ladepumpe, des Transports von Fluids zum bzw. vom Zylinder, die Einlaß- und Auslaßsteuerung sowie eine Abgasturbine installieren. Von hinten nach vorn ist dabei eine gerichtete Fluidbewegung in Form von Potentialdrallströmung oder zumindest Drallströmung gegeben.The advantages of this rotary valve tube correspond to those of the previously described version. Opposite this the supply and discharge of fluid to and from cylinders were combined in one tube. This results in a further reduced construction effort, fewer components, less effort on gear, less mechanical friction and, for example, simplified sealing. On a single axis can the functional elements of a charge pump, the transport of fluids to and from the cylinder, install the intake and exhaust controls and an exhaust gas turbine. There is one from the back to the front directional fluid movement in the form of potential swirl flow or at least swirl flow.

3.15. Hubkolbengetriebe3.15. Reciprocating gear Funktionfunction

Diese Konstruktion ist geeignet, eine lineare Hubbewegung eines Kolben zu erzeugen.This construction is suitable for producing a linear stroke movement of a piston.

KonstruktionsprinzipConstruction principle

Auf einer drehbar im Gehäuse gelagerten Rotationsachse ist exzentrisch eine runde Scheibe befestigt. Diese Scheibe wird im folgenden "Exzenterscheibe" genannt. Diese Exzenterscheibe ist drehbar in einer weiteren, runden Scheibe gelagert, welche im folgenden "Pleuelscheibe" genannt wird. Die Exzenterscheibe ist in der Pleuelscheibe exzentrisch gelagert. Die Exzentrität ist jeweils gleich groß, d. h. der Abstand zwischen den Achsen der Rotationsachse und der Exzenterscheibe ist gleich groß wie der Abstand zwischen den Achsen der Exzenterscheibe und der Pleuelscheibe. Die Drehzahl der Rotationsachse, damit auch der Exzenterscheibe, und der Pleuelscheibe ist gleich groß, jedoch in gegenläufigem Drehsinn. Die Pleuelscheibe ist drehbar gelagert im Kolben. Bei einer halben Umdrehung der Rotationsachse, damit auch der Exzenterscheibe, und einer gegenläufigen, halben Umdrehung der Pleuelscheibe führt der Kolben eine Hubbewegung des vierfachen Weges der Exzentrität aus.A circular disc is eccentrically attached to a rotational axis mounted in the housing. This In the following, the disk is called the "eccentric disk". This eccentric disc can be rotated in another round washer, which is called "connecting rod washer" in the following. The eccentric disc is in the Conrod bearing mounted eccentrically. The eccentricity is the same in each case, i. H. the distance between the Axes of the axis of rotation and the eccentric disc is the same size as the distance between the axes of the Eccentric disc and the connecting rod disc. The speed of the axis of rotation, including the eccentric disc,  and the connecting rod is the same size, but in the opposite direction. The connecting rod is rotatably mounted in the piston. At half a revolution of the axis of rotation, including the eccentric disc, and one counter-rotating, half a turn of the connecting rod, the piston performs a fourfold stroke Way of eccentricity.

In Bild 20, in den oberen beide Darstellungszeilen, ist dieser Sachverhalt schematisch dargestellt. Mit der Rotationsachse (RA) fest verbunden ist die Exzenterscheibe (A-20). Diese dreht sich um die Achse der Rotationsachse, hier im Uhrzeigersinn. Von Abbildung zu Abbildung ist jeweils die Situation nach einer Dreh­ ung um jeweils 30 Grad dargestellt. Die Exzenterscheibe (A-20) ist andrerseits drehbar gelagert in der Pleuelscheibe (B-20), wiederum mit gleicher Exzentrität Die Pleuelscheibe (B-20) dreht sich gleich schnell, jedoch gegensinnig, hier also gegen den Uhrzeigersinn, von Abbildung zu Abbildung ist jeweils die Situation nach einer Drehung um jeweils 30 Grad dargestellt. Die jeweilige Oberkante der Pleuelscheibe ist von Abbild­ ung zu Abbildung durch eine gekrümmte Linie verbunden. Ihr Abstand (C-20) zur Rotationsachse (RA) stellt die Hubbewegung dar. Zu beachten ist, daß dieser Kurvenverlauf im mittleren Bereich eine Gerade darstellt.This situation is shown schematically in Figure 20, in the top two display lines. The eccentric disc (A-20) is firmly connected to the axis of rotation (RA). This rotates around the axis of the axis of rotation, here clockwise. The situation after a rotation of 30 degrees is shown from figure to figure. On the other hand, the eccentric disc (A-20) is rotatably mounted in the connecting rod disc (B-20), again with the same eccentricity the situation after each rotation by 30 degrees is shown. The respective upper edge of the connecting rod washer is connected from illustration to illustration by a curved line. The distance (C-20) to the axis of rotation (RA) represents the stroke movement. It should be noted that this curve is a straight line in the central area.

Konstruktive AusführungConstructional execution

In Bild 20, untere Darstellungszeile, ist schematisch und beispielhaft ein Querschnitt durch einen Motor dargestellt. Im Gehäuse (GE) ist drehbar gelagert die Rotationsachse (RA). Mit dieser fest verbunden ist die Exzenterscheibe (D-20, analog A-20). Auf dieser drehbar gelagert ist die Pleuelscheibe (E-20, analog B-20). Auf dieser drehbar gelagert ist der Kolben (F-20). Dieser ist andrerseits beweglich gelagert im Gehäuse (GE), kann also in entsprechenden Aussparungen des Gehäuses lineare Hubbewegungen ausführen.In Figure 20, lower line of the illustration, a cross-section through a motor is shown schematically and as an example. The axis of rotation (RA) is rotatably mounted in the housing (GE). The eccentric disc (D-20, analogous to A-20) is firmly connected to this. The connecting rod (E-20, analog B-20) is rotatably mounted on this. The piston (F-20) is rotatably mounted on this. On the other hand, this is movably mounted in the housing (GE) and can therefore perform linear lifting movements in corresponding recesses in the housing.

Als Funktionselement des Ein- und Auslasses ist hier beispielsweise oben beschriebenes Ein- und Auslaß­ drehventilrohr eingezeichnet mit den beiden Bereichen des Abgaskanales (H-20) bzw. des Luftkanales (I-20). Die Drehung des Ein- und Auslaßdrehventilrohres ist hier im Uhrzeigersinn unterstellt.As a functional element of the inlet and outlet here is, for example, the inlet and outlet described above Rotary valve tube marked with the two areas of the exhaust duct (H-20) and the air duct (I-20). The rotation of the inlet and outlet rotary valve tube is assumed to be clockwise.

In Bild 20, unten links, ist die Situation zum Ende des Auslaßtaktes dargestellt. Der Kolben (F-20) befindet sich in seinem oberen Totpunkt, die Öffnung des Zylinders gegenüber dem Abgaskanal (H-20) hat sich eben geschlossen, während die Öffnung gegenüber dem Luftkanal (I-20) nächstens geöffnet wird durch die weitere Drehung des Ein- und Auslaßdrehventilrohres im Uhrzeigersinn. Der oberer Totpunkt des Kolbens (F-20) ist erreicht, wenn sowohl die Achse der Exzenterscheibe wie der Pleuelscheibe senkrecht über der Achse der Rotationsachse sich befinden. Figure 20, bottom left, shows the situation at the end of the exhaust stroke. The piston (F-20) is at its top dead center, the opening of the cylinder opposite the exhaust duct (H-20) has just closed, while the opening opposite the air duct (I-20) will be opened by the further rotation of the Inlet and outlet rotary valve tube clockwise. The top dead center of the piston (F-20) is reached when both the axis of the eccentric disc and the connecting rod disc are perpendicular to the axis of the axis of rotation.

In Bild 20, unten mittig, ist die Situation nach einer halben Umdrehung der Rotationsachse, damit auch der Exzenterscheibe, wie einer halben, gegensinnigen Umdrehung der Pleuelscheibe dargestellt. Der Kolben wurde dabei um den Hub nach unten geführt. Diese Situation stellt das Ende des Einlaßtaktes dar. Die Öffnung zum Luftkanal muß dabei noch nicht vollkommen geschlossen sein, um einen "Nachlade-Effekt" zu erreichen. In picture 20, bottom center, the situation is shown after half a turn of the axis of rotation, and thus also of the eccentric disc, like a half, counter-rotation of the connecting rod. The piston was moved down the stroke. This situation marks the end of the intake stroke. The opening to the air duct does not yet have to be completely closed in order to achieve a "reloading effect".

Es ist deutlich erkennbar, wie die Drallströmung im Luftkanal optimal in den Zylinder fließen kann.It is clearly recognizable how the swirl flow in the air duct can flow optimally into the cylinder.

In Bild 20, unten rechts, ist schematisch und beispielhaft dargestellt, wie die Positionen von Rotationsachse (RA), Exzenterscheibe (D-20), Pleuelscheibe (E-20) und Kolben (F-20) zueinander sind in einer oberen, mittleren und unteren Stellung des Hubkolbens. Figure 20, bottom right, shows schematically and as an example how the positions of the rotation axis (RA), eccentric disc (D-20), connecting rod disc (E-20) and piston (F-20) are in an upper, middle and lower position of the reciprocating piston.

Die Pleuelscheibe (E-20) hat praktisch die Funktion einer Pleuelstange. Wie diese weist sie zwei Gelenke aus. Ein Gelenk einer Pleuelstange ist drehbar gelagert auf der Kurbelwelle, hier entsprechend ist die Lagerung der Pleuelscheibe auf der Exzenterscheibe. Das andere Gelenk einer Pleuelstange ist drehbar gelagert im Kolben, hier entsprechend ist die Lagerung der Pleuelscheibe im Kolben. Der Radius dieser Lagerung im Kolben ist jedoch wesentlich größer gewählt als bei einer Pleuelstange. Dieser Radius ist hier so groß angelegt, daß er das Lager der Pleuelscheibe auf der Exzenterscheibe einschließt. Im Gegensatz zu einer Pleuelstange kann sich damit die Pleuelscheibe auf einer kontinuierlichen Bahn rund um die Exzenterscheibe bewegen. Damit ergibt sich auch ein Hub in Höhe der vierfachen Exzentrität.The connecting rod disc (E-20) has practically the function of a connecting rod. Like this, it shows two joints. A joint of a connecting rod is rotatably mounted on the crankshaft, the bearing is corresponding here Connecting rod disc on the eccentric disc. The other joint of a connecting rod is rotatably mounted in the piston, here is the bearing of the connecting rod in the piston. The radius of this bearing is in the piston however chosen much larger than a connecting rod. This radius is so large that it is Includes the connecting rod bearing on the eccentric disc. In contrast to a connecting rod, can so that the connecting rod disc moves on a continuous path around the eccentric disc. So that results there is also a stroke in the amount of fourfold eccentricity.

Dieses Hubkolbengetriebe kann sowohl bei Hubkolbenmotoren wie -pumpen eingesetzt werden. Bei diesem Getriebe könnten auch beide Seiten des Kolbens genutzt werden im Sinne eines Boxer-Motors.This reciprocating gearbox can be used with both reciprocating engines and pumps. With this Gearboxes could also be used on both sides of the piston in the sense of a boxer engine.

Besondere EigenschaftenSpecial properties

Dieses Hubkolbengetriebe weist exzentrische Drehbewegungen auf, die Massemomente egalisieren sich jedoch aufgrund gegenläufiger Bewegungen. Es gibt hier keine Pleuelstange mit diversen Massemomenten, sondern lediglich eine lineare Hubbewegung. Diese Maschine läuft also außerordentlich ruhig und entsprechend hohe Drehzahlen sind machbar, besonders in Verbindung mit obigen Drehventilrohren. Die relative Drehbewe­ gungen zwischen Exzenterscheibe, Pleuelscheibe und Kolben weisen konstant in gleiche Richtung. Gegenüber herkömmlichen Kurbelgetrieben ist eine doppelte Hubhöhe gegeben. Das Drehmoment wirkt an der Exzenter­ scheibe. Der Druck wird über die Pleuelscheibe vermittelt. Die Druckrichtung ist keinesfalls nur in senkrechter Richtung, sondern über lange Drehphasen in tangentialer Richtung zur Exzenterscheibe gegeben.This reciprocating gearbox has eccentric rotary movements, but the mass moments are equalized due to opposite movements. There is no connecting rod with various mass moments here, but just a linear stroke. So this machine runs extremely quietly and correspondingly high Speeds are feasible, especially in connection with the above rotary valve tubes. The relative rotation Conditions between the eccentric disc, connecting rod disc and piston point constantly in the same direction. Across from Conventional crank mechanisms have a double lifting height. The torque acts on the eccentric disc. The pressure is transmitted through the connecting rod. The printing direction is by no means only vertical Direction, but given over long rotation phases in the tangential direction to the eccentric disc.

3.16. Viertaktdrehhubkolbenmotor3.16. Four stroke rotary piston engine Funktionfunction

Diese Konstruktion ist geeignet, einen Viertaktmotor besonderer Qualität darzustellen. Dieser Motor weist einerseits Kolben und Zylinder entsprechend konventioneller Hubkolben auf und damit deren Vorteile z. B. hinsichtlich einfacher und sicherer Dichtung. Andrerseits weist dieser Motor die Merkmale einer Rotations­ maschine auf und damit deren Vorteile z. B. hinsichtlich eines ruhigen Laufes durch kontinuierliche Dreh­ bewegungen oder die relativ einfache Gestaltung der Funktionselemente für den Ladungswechsel, die Brenn­ stoffzufuhr und Zündung. This construction is suitable to represent a four-stroke engine of special quality. This engine points on the one hand pistons and cylinders according to conventional reciprocating pistons and thus their advantages z. B. regarding simple and safe sealing. On the other hand, this motor has the features of a rotation machine and thus their advantages e.g. B. with regard to a smooth run by continuous rotation movements or the relatively simple design of the functional elements for the gas exchange, the burning fuel supply and ignition.  

KonstruktionsprinzipConstruction principle

Im Gehäuse ist ein Rotor drehbar um seine Rotationsachse gelagert. Dieser Rotor wird im folgenden "Zylinder­ rotor" genannt. Im Zylinderrotor sind in Richtung eines Durchmessers Zylinderaussparungen angebracht. In diesen Zylindern kann ein Kolben eine lineare Hubbewegung ausführen von einer Seite des Zylinderrotors bis zur anderen Seite des Zylinderrotors und zurück. Mittig im Kolben ist drehbar eine runde Scheibe gelagert, welche im folgenden "Pleuelscheibe" genannt wird. Exzentrisch in dieser Pleuelscheibe ist drehbar eine Welle gelagert, welche im folgenden "Exzenterwelle" genannt wird. Diese Exzenterwelle ist Bestandteil einer Kurbel­ welle, welche im Gehäuse gelagert und drehbar um die Rotationsachse ist. Der Abstand zwischen der Rotationsachse und der Achse der Exzenterwelle wird im folgenden "Exzentrität" genannt. Der Abstand zwischen der Achse der Exzenterwelle und der Achse der Pleuelscheibe ist gleich groß wie diese Exzentrität Der Zylinderrotor und die Kurbelwelle drehen gleich schnell, jedoch gegensinnig. Während einer Drehung um 90 Grad führt der Kolben eine Hubbewegung aus.A rotor is rotatably mounted in the housing about its axis of rotation. This rotor is called the "cylinder" below rotor ". Cylinder recesses are made in the direction of a diameter in the cylinder rotor In these cylinders, a piston can perform a linear stroke movement from one side of the cylinder rotor to to the other side of the cylinder rotor and back. A round disc is rotatably mounted in the center of the piston, which is called "connecting rod washer" in the following. A shaft is rotatable eccentrically in this connecting rod stored, which is called "eccentric shaft" below. This eccentric shaft is part of a crank shaft, which is stored in the housing and rotatable about the axis of rotation. The distance between the The axis of rotation and the axis of the eccentric shaft are hereinafter referred to as "eccentricity". The distance between the axis of the eccentric shaft and the axis of the connecting rod is the same size as this eccentricity The cylinder rotor and the crankshaft rotate at the same speed, but in opposite directions. During a turn around The piston moves 90 degrees.

In Bild 21, linke Darstellungsspalte, ist dieser Sachverhalt schematisch dargestellt. Bild 21, oben links, stellt einen Querschnitt dar mit der prinzipiellen Anordnung der beweglichen Teile. Im Gehäuse ist eine Kurbelwelle (A-21) gelagert, welche um die Rotationsachse (RA) drehbar ist. Fester Bestandteil dieser Kurbelwelle ist eine Exzenterwelle (B-21), wobei zwischen der Rotationsachse und der Achse der Exzenterwelle ein Abstand gegeben ist, entsprechend obiger Exzentrität. Die Exzenterwelle ist drehbar gelagert in der runden Pleuel­ scheibe (C-21), wobei dieses Lager wiederum mit gleicher Exzentrität gegenüber der Achse der Pleuelscheibe angelegt ist. Die Pleuelscheibe (C-21) ist mittig im Kolben (D-21) drehbar gelagert. Der Kolben ist beweglich gelagert im Zylinderrotor (E-21), so daß der Kolben (D-21) eine lineare Bewegung von einer Seite des Zylinderrotors zur anderen Seite des Zylinderrotors ausführen kann. Beidseits des Kolbens werden die Zylindervolumen abgebildet.This situation is shown schematically in Figure 21, left-hand column. Figure 21, top left, shows a cross section with the basic arrangement of the moving parts. A crankshaft (A-21) is mounted in the housing and can be rotated about the axis of rotation (RA). An integral part of this crankshaft is an eccentric shaft (B-21), with a distance between the axis of rotation and the axis of the eccentric shaft, corresponding to the above eccentricity. The eccentric shaft is rotatably mounted in the round connecting rod disc (C-21), this bearing in turn being created with the same eccentricity with respect to the axis of the connecting rod disc. The connecting rod (C-21) is rotatably mounted in the center of the piston (D-21). The piston is movably mounted in the cylinder rotor (E-21) so that the piston (D-21) can perform a linear movement from one side of the cylinder rotor to the other side of the cylinder rotor. The cylinder volumes are shown on both sides of the piston.

In Bild 21, links oben, ist beispielsweise die Situation dargestellt, bei welcher der Kolben sich in einem Tot­ punkt (links) befindet. Das Zylindervolumen zwischen dieser linken Kolbenseite und dem Mantel des Zylinder­ rotors ist minimal. An der gegenüberliegenden Kolbenseite (rechts) ist das Zylindervolumen (F-21) dagegen maximal. Figure 21, top left, shows, for example, the situation in which the piston is at a dead center (left). The cylinder volume between this left side of the piston and the jacket of the cylinder rotor is minimal. On the other hand, on the opposite side of the piston (right), the cylinder volume (F-21) is maximum.

In Bild 21, links in der zweiten Darstellung, ist die Situation dargestellt nach einer Drehung des Zylinderrotors (E-21) um die Rotationsachse um 45 Grad im Uhrzeigersinn. Gleichzeitig hat sich die Kurbelwelle (A-21) um die Rotationsachse um 45 Grad gedreht gegen den Uhrzeigersinn. Dadurch weist die Exzenterwelle (B-21) in Bezug auf die Rotationsachse nun nach unten links. Die Pleuelscheibe (C-21) ist drehbar gelagert im Kolben (D-21) und unterliegt damit mittelbar der Drehbewegung des Zylinderrotor (E-21). Durch ihre mittige Lagerung im Kolben liegt die Achse der Pleuelscheibe damit stets auf der Längsachse der Zylinderaussparung. Die Pleuelscheibe dreht sich um ihre Achse darum stets gleichsinnig zum Zylinderrotor. Die Pleuelscheibe ist andrerseits gelagert auf der Exzenterwelle und unterliegt damit mittelbar der Drehbewegung der Kurbelwelle. Gegenüber der vorigen Situation hat sich die Pleuelscheibe darum um 90 Grad um ihre Achse gedreht. In Figure 21, on the left in the second representation, the situation is shown after the cylinder rotor (E-21) has been rotated clockwise by 45 degrees around the axis of rotation. At the same time, the crankshaft (A-21) rotated 45 degrees counter-clockwise around the axis of rotation. As a result, the eccentric shaft (B-21) now points downward to the left in relation to the axis of rotation. The connecting rod (C-21) is rotatably mounted in the piston (D-21) and is therefore indirectly subject to the rotary movement of the cylinder rotor (E-21). Due to their central bearing in the piston, the connecting rod disc axis is always on the longitudinal axis of the cylinder recess. The connecting rod disc always rotates about its axis in the same direction as the cylinder rotor. The conrod washer, on the other hand, is mounted on the eccentric shaft and is therefore indirectly subject to the rotary movement of the crankshaft. Compared to the previous situation, the connecting rod was turned 90 degrees around its axis.

Der Kolben (D-21) befindet sich nun in seiner mittigen Lage. Das Volumen des rechten Zylinders (F-21) hat sich gegenüber oben halbiert, der linke Zylinder (G-21) weist nun ein entsprechendes Volumen auf.The piston (D-21) is now in its central position. The volume of the right cylinder (F-21) has halved compared to the top, the left cylinder (G-21) now has a corresponding volume.

In Bild 21, links in der dritten Darstellung, ist beispielsweise die Situation nach einer weiteren Drehung des Zylinderrotors (E-21) um 45 Grad im Uhrzeigersinn dargestellt. Die Längsachse der Zylinder weist nun in senkrechte Richtung. Entsprechend hat sich die Kurbelwelle (A-21) um weitere 45 Grad gegen den Uhrzeiger­ sinn gedreht. Die Exzenterwelle (B-21) weist nun ebenfalls senkrecht nach unten. Auch die Pleuelscheibe (C-21) hat sich entsprechend weiter gedreht und weist senkrecht nach unten. Der Kolben (D-21) befindet sich nun wiederum in einen (unteren) Totpunkt. Das Volumen des bislang rechten (nun unteren) Zylinders (F-21) ist nun minimal, das Volumen des bislang linken (nun oberen) Zylinders (G-21) ist nun maximal. Figure 21, on the left in the third illustration, shows, for example, the situation after a further rotation of the cylinder rotor (E-21) by 45 degrees clockwise. The longitudinal axis of the cylinder now points in the vertical direction. Accordingly, the crankshaft (A-21) has rotated counterclockwise by a further 45 degrees. The eccentric shaft (B-21) now also points vertically downwards. The connecting rod disc (C-21) has also rotated accordingly and points vertically downwards. The piston (D-21) is now again at a (lower) dead center. The volume of the previously right (now lower) cylinder (F-21) is now minimal, the volume of the previously left (now upper) cylinder (G-21) is now maximum.

In Bild 21, unten links, ist schematisch die Geometrie dieser Bewegungsabläufe dargestellt. Feststehend im Gehäuse befindet sich die Rotationsachse (RA). Um sie dreht sich einerseits der Zylinderrotor, hier im Uhr­ zeigersinn unterstellt. Die Zylinderlangsachse (ZA-21) dreht sich damit im Uhrzeigersinn, hier um 90 Grad. Gleichzeitig dreht sich die Kurbelwelle gegensinnig, damit auch die Exzenterwelle, hier also die Exzenter­ wellenachse (EA-21) um 90 Grad gegen den Uhrzeigersinn. Die Pleuelscheibe dreht sich mit doppelter Geschwindigkeit gleichsinnig zum Zylinderrotor. Ihre Achse bewegt sich einerseits im Drehsinn des Zylinder­ rotors, andrerseits auf der Zylinderlängsachse in linearer Richtung. Die Achse der Pleuelscheibe (PA-21) führt insgesamt ein- und ausdrehende Spiralbewegungen aus. Es ist aus der in Bild 21, unten links, dargestellten entsprechenden Kurve deutlich zu erkennen, weich harmonischen Bahnverlauf damit auch die Kolben dieser Maschinen aufweisen. Figure 21, bottom left, shows the geometry of these movements. The axis of rotation (RA) is fixed in the housing. On the one hand, the cylinder rotor rotates around them, assumed clockwise here. The cylinder longitudinal axis (ZA-21) rotates clockwise, here by 90 degrees. At the same time, the crankshaft rotates in the opposite direction, so that the eccentric shaft, here the eccentric shaft axis (EA-21), rotates 90 degrees counterclockwise. The connecting rod disc rotates at twice the speed of the cylinder rotor. Its axis moves on the one hand in the direction of rotation of the cylinder rotor, and on the other hand on the longitudinal axis of the cylinder in a linear direction. The axis of the connecting rod disc (PA-21) performs a total of spiraling movements. It can be clearly seen from the corresponding curve shown in Figure 21, bottom left, that the pistons of these machines also have a smooth, harmonious course.

Ein anfänglich linker Zylinder weist dabei links ein minimales, oben ein maximales, rechts wieder ein minimales und unten wieder ein maximales Volumen aus, d. h. während einer Drehung des Zylinderrotors werden die vier Takte eines Viertaktmotors abgebildet. Die Pleuelscheibe erfüllt die Funktion einer Pleuel­ stange, ist gelagert bzw. wird geführt einerseits durch die Kurbelwelle, andrerseits durch den Kolben. Hier allerdings unterliegt auch der Kolben einer Drehbewegung entsprechend der Bewegung des Zylinderrotors. Anders als bei einer Pleuelstange sind hier allerdings die Lager ineinander gelagert. Auf engstem Raum erfolgen damit die Bewegungsabläufe und zugleich in stets fortwährend gleicher Drehbewegung bzw. auf daraus resultierender, außerordentlich harmonischer Bahn.An initially left cylinder shows a minimum on the left, a maximum on the top, and right again minimum and below again a maximum volume, d. H. during a rotation of the cylinder rotor the four cycles of a four-stroke engine are shown. The connecting rod washer functions as a connecting rod rod, is supported or is guided on the one hand by the crankshaft, on the other hand by the piston. Here however, the piston is also subject to a rotary movement in accordance with the movement of the cylinder rotor. In contrast to a connecting rod, the bearings here are nested. In the narrowest space the movement sequences take place and at the same time always in the same rotating movement or on resulting, extraordinarily harmonious path.

Konstruktive AusführungConstructional execution

In Bild 21, rechte Darstellungsspalte, ist schematisch und beispielhaft ein Motor dieser Konzeption dargestellt. In Bild 21, oben rechts, ist das Prinzip dieser Konzeption in einem Querschnitt dargestellt. Im Gehäuse (GE) gelagert ist die Kurbelwelle (A-21), drehbar gelagert um die Rotationsachse. Fester Bestandteil der Kurbelwelle ist die Exzenterwelle (B-21). Sie ist exzentrisch zur Rotationsachse angebracht. Hier liegt die Achse der Exzenterwelle z. B. in Bezug auf die Rotationsachse links unten in einem Winkel von etwa 22,5 Grad. Figure 21, right-hand column, shows schematically and exemplarily an engine of this design. The principle of this concept is shown in cross-section in Figure 21, top right. The crankshaft (A-21) is mounted in the housing (GE), rotatably mounted around the axis of rotation. The eccentric shaft (B-21) is an integral part of the crankshaft. It is attached eccentrically to the axis of rotation. Here is the axis of the eccentric shaft z. B. with respect to the axis of rotation bottom left at an angle of about 22.5 degrees.

Ebenfalls im Gehäuse gelagert ist der Zylinderrotor (E-21), ebenfalls drehbar um die Rotationsachse. Im Zylinderrotor befinden sich die Aussparungen für den Kolben (D-21) bzw. die Zylinder (F-21 bzw. G-21). Die Längsachse dieser Zylinderaussparung weist in dieser Darstellung einen Winkel von etwa 22,5 Grad zur Waagrechten auf, korrespondierend zur Exzenterwelle, jedoch in gegensinniger Richtung. Mittig im Kolben (D-21) ist die Pleuelscheibe (C-21) drehbar gelagert. Die Pleuelseheibe ist andrerseits drehbar gelagert auf der Exzenterwelle mit entsprechender Exzentrität zwischen der Achse der Pleuelscheibe, der Achse der Exzenter­ welle wie zwischen dieser und der Rotationsachse.The cylinder rotor (E-21) is also mounted in the housing and can also be rotated around the axis of rotation. in the Cylinder rotor are the cutouts for the piston (D-21) or the cylinder (F-21 or G-21). The In this illustration, the longitudinal axis of this cylinder recess has an angle of approximately 22.5 degrees to Horizontal on, corresponding to the eccentric shaft, but in the opposite direction. In the middle of the piston (D-21) the connecting rod disc (C-21) is rotatably mounted. The connecting rod is on the other hand rotatably mounted on the Eccentric shaft with corresponding eccentricity between the axis of the connecting rod, the axis of the eccentric wave like between this and the axis of rotation.

Wenn eine Drehung des Zylinderrotors (E-21) im Uhrzeigersinn unterstellt wird, so hat der Kolben (D-21) gerade seinen linken Totpunkt verlassen. Der linke Zylinder (G-21) befindet sich beispielsweise im Einlaßtakt. Die Verbrennungsluft kann durch den Einlaßkanal (H-21) in den Zylinder einströmen. Es steht dazu eine groß­ flächige Öffnung zur Verfügung. Der Einlaßkanal ist hier beispielsweise als ein runder Kanal dargestellt, welcher diagonal zur axialen Ebene verläuft, sein Querschnitt hier also ellipsenförmig erscheint. In einem solchen Einlaßkanal wird sinnvoll sein, die Verbrennungsluft mit einer Drallströmung heran zu führen, womit eine möglichst reibungsfreie und optimale Ladung des Zylinders erreicht werden kann.If a rotation of the cylindrical rotor (E-21) is assumed to be clockwise, the piston (D-21) just left his dead center. The left cylinder (G-21) is, for example, in the intake stroke. The combustion air can flow into the cylinder through the intake port (H-21). There is a big one flat opening available. The inlet channel is shown here, for example, as a round channel, which runs diagonally to the axial plane, so its cross section appears elliptical here. In one such an inlet duct will be useful to bring the combustion air in with a swirl flow, with what the best possible friction-free and optimal loading of the cylinder can be achieved.

Im weiteren Verlauf der Drehung des Zylinderrotors (E-21) wird der Zylinder G-21 in seiner senkrechten Stellung das maximale Volumen erreicht haben, den Einlaßtakt also abgeschlossen haben. Eine weitere Drehung um 90 Grad stellt dann den Kompressionstakt dieses Zylinders dar, welcher nach rechts weisend dann sein kleinstes Volumen erreichen wird. Dort kann die Zuführung und Zündung des Brennstoffes erfolgen, was hier nur schematisch dargestellt ist (I-21). Eine weitere Drehung um 90 Grad stellt den Expansionstakt dar, bei welchem der Zylinder senkrecht nach unten weisend sein größtes Volumen erreicht haben wird. Die restlichen 90 Grad Drehung stellen den Auslaßtakt dar, bei welchem die Abgase in den Abgaskanal (I-21) entweichen können, wiederum durch eine großflächige Öffnung und wiederum möglichst in eine Drallströmung mündend.As the cylinder rotor (E-21) continues to rotate, the cylinder G-21 becomes vertical Position have reached the maximum volume, i.e. have completed the intake stroke. Another Rotation by 90 degrees then represents the compression stroke of this cylinder, which then points to the right will reach its smallest volume. There the supply and ignition of the fuel can take place, what is only shown schematically here (I-21). Another 90 degree rotation represents the expansion stroke, at which the cylinder will have reached its largest volume pointing vertically downwards. The remaining 90 degrees of rotation represent the exhaust stroke at which the exhaust gases escape into the exhaust duct (I-21) can, again through a large opening and again if possible opening into a swirl flow.

Aus dieser Beschreibung wird offensichtlich, daß der gegenüberliegende Zylinder (F-21) einen um 90 Grad versetzten Ablauf der Takte durchführen wird. Wenn der Zylinder G-21 sein minimales Volumen aufweist, weist der Zylinder F-21 sein maximales auf und umgekehrt sein minimales, wenn der Zylinder G-21 sein maximales Volumen aufweist. Die Zylinder können sehr wohl auf einer axialen Ebene in Bezug auf die Rotationsachse angeordnet sein, die Öffnungen der Zylinder an der Mantelfläche des Zylinderrotors müssen jedoch auf unterschiedlicher axialer Ebene angeordnet sein. Ebenso müssen die Funktionselemente des Ein- und Auslasses wie der Zuführung und Zündung des Brennstoffs für die beiden Zylinder im Gehäuse auf unterschiedlicher axialer Ebene angeordnet sein und zudem jeweils um 90 Grad versetzt.From this description it is apparent that the opposite cylinder (F-21) is 90 degrees staggered sequence of clocks will perform. When the cylinder G-21 is at its minimum volume, the cylinder F-21 has its maximum and vice versa its minimum when the cylinder G-21 has maximum volume. The cylinders can very well be on an axial plane with respect to the Axis of rotation must be arranged, the openings of the cylinders must be on the outer surface of the cylinder rotor however, be arranged on a different axial plane. Likewise, the functional elements of the and outlets such as the supply and ignition of the fuel for the two cylinders in the housing be arranged different axial level and also offset by 90 degrees.

Bild 21, rechts, mittlere Darstellung, zeigt schematisch einen Längsschnitt durch einen Motor dieser Konzeption. Im Gehäuse (GE) ist die Kurbelwelle (A-21) gelagert, drehbar um die Rotationsachse (RA). Bestandteil dieser Kurbelwelle ist die Exzenterwelle (B-21), welche exzentrisch zur Rotationsachse angeordnet ist. Dargestellt sind zwei solcher Exzenterwellen (B-21), oben nach links weisend in der Zeichnungsebene, unten mittig zur Rotationsachse stehend, also nach unten bzw. oben weisend in Bezug zur Zeichnungsebene. Figure 21, right, middle representation, shows schematically a longitudinal section through an engine of this design. The crankshaft (A-21) is mounted in the housing (GE) and can be rotated about the axis of rotation (RA). Part of this crankshaft is the eccentric shaft (B-21), which is arranged eccentrically to the axis of rotation. Shown are two such eccentric shafts (B-21), pointing upwards to the left in the plane of the drawing, standing at the bottom center of the axis of rotation, i.e. pointing downwards or upwards in relation to the plane of the drawing.

Im Gehäuse (GE) ist ebenfalls der Zylinderrotor (E-21) gelagert, ebenfalls drehbar um die Rotationsachse (RA). Dargestellt sind zwei Aussparungen im Zylinderrotor zur Aufnahme des Kolbens (D-21), oben waagrecht zur Zeichnungsebene weisend, unten senkrecht zur Zeichnungsebene weisend. Im Kolben (D-21) wie auf der Exzenterwelle (B-21) drehbar gelagert ist die Pleuelscheibe (C-21). Oben befindet sich der Kolben (D-21) in einem Totpunkt (links), so daß der Zylinder (F-21) sein maximales Volumen aufweist.The cylinder rotor (E-21) is also mounted in the housing (GE), also rotatable about the axis of rotation (RA). Shown are two recesses in the cylinder rotor for receiving the piston (D-21), horizontally at the top Pointing to the drawing plane, pointing perpendicular to the drawing plane below. In the piston (D-21) as on the The connecting rod (C-21) is rotatably mounted on the eccentric shaft (B-21). The piston (D-21) is at the top in a dead center (left) so that the cylinder (F-21) has its maximum volume.

In dieser Darstellung ist auch schematisch und beispielhaft dargestellt ein Getriebe zur Steuerung der gegen­ sinnigen Drehung des Zylinderrotors und der Kurbelwelle. Der Zylinderrotor (E-21) weist dazu einen Zahn­ kranz (K-21) auf. Ein Zahnkranz (M-21) entsprechenden Radius ist fest verbunden mit der Kurbelwelle (A-21) Beide stehen in Eingriff mit einem Zahnrad (L-21), welches im Gehäuse (GE) drehbar gelagert ist. Damit wird gleiche Drehzahl bei gegensinniger Drehrichtung der Rotationsachse gegenüber dem Zylinderrotor erreicht. Diese Einrichtung kann mehrfach angelegt werden, hier z. B. ist sie rechts und links dargestellt. Die Funktion dieses Getriebes kann auch mit anderer bekannter Technik realisiert werden. Die Leistung des Motors kann an der Rotationsachse abgegriffen werden.In this illustration, a transmission for controlling the counter is also shown schematically and by way of example sensible rotation of the cylinder rotor and the crankshaft. The cylinder rotor (E-21) has a tooth for this wreath (K-21). A gear rim (M-21) corresponding radius is firmly connected to the crankshaft (A-21) Both are in mesh with a gear (L-21), which is rotatably mounted in the housing (GE). So that will same speed with opposite direction of rotation of the axis of rotation compared to the cylinder rotor. This facility can be created several times, here z. B. it is shown on the right and left. The function this transmission can also be realized with other known technology. The performance of the engine can increase the axis of rotation can be tapped.

Bereits mit zwei Zylinderaussparungen, welche senkrecht zueinander angeordnet sind, kann ein nahezu vollkommen ausgewuchteter Motor gebaut werden. Im Bild 21, unten rechts, ist schematisch die Mantel­ abwicklung eines solchen Zylinderrotors dargestellt. Die senkrechte, dünne Hilfslinien kennzeichnen die vier Takte (von links nach rechts). Es sind vier Zylinder (N-21 bis Q-21, von oben nach unten) dargestellt. Je zwei der vier Zylinder (N-21 und 0-21 sowie P-21 und Q-21) befinden sich auf einer axialen Ebene, was durch die dick gezeichneten, gestrichelten Linien dargestellt ist. Die Öffnungen (R-21) der beiden gegenständigen Zylinder einer axialen Ebene sind um jeweils 180 Grad versetzt anzuordnen und müssen auf unterschiedlicher axialer Ebene angelegt werden. Hier sind diese Zylinderöffnungen (R-21) durch Rechtecke schematisch dargestellt, jeweils links und rechts der gestrichelten dünnen Linien. Die Öffnungen (S-21) der zwei Zylinder der zweiten Zylinderaussparung sollten bei insgesamt vier Zylindern so angelegt sein, daß alle Zylinder­ öffnungen um jeweils 90 Grad versetzt angeordnet sind.Already with two cylinder recesses, which are arranged perpendicular to each other, an almost completely balanced engine can be built. In Figure 21, bottom right, the jacket processing of such a cylindrical rotor is shown schematically. The vertical, thin auxiliary lines mark the four bars (from left to right). Four cylinders (N-21 to Q-21, from top to bottom) are shown. Two of the four cylinders (N-21 and 0-21 as well as P-21 and Q-21) are located on an axial plane, which is shown by the thick, dashed lines. The openings (R-21) of the two opposing cylinders of an axial plane are to be arranged offset by 180 degrees each and must be created on a different axial plane. Here these cylinder openings (R-21) are shown schematically by rectangles, left and right of the dashed thin lines. The openings (S-21) of the two cylinders of the second cylinder recess should be created with a total of four cylinders so that all cylinder openings are offset by 90 degrees.

Entsprechend müssen die Funktionselemente des Ein- und Auslasses wie der Brennstoffzufuhr und der Zünd­ ung im Gehäuse angelegt sein jeweils versetzt angeordnet sein. Hier sind beispielsweise nur die Öffnungen des Gehäuses für den Einlaß als Ovale (I-21) dargestellt. Diese Einlaßöffnungen könnten durch einen Einlaßkanal verbunden sein, welcher dann um den Rotormantel in Spiralform verlaufen wurde. Analog dazu sind die Aus­ laßöffnungen bzw. ein Auslaßkanal anzulegen. Und analog dazu sind die Funktionselemente der Brennstoff­ zufuhr bzw. der Zündung anzuordnen. Accordingly, the functional elements of the inlet and outlet such as the fuel supply and the ignition be created in the housing be staggered. For example, here are only the openings of the Housing for the inlet shown as ovals (I-21). These inlet openings could be through an inlet duct be connected, which was then run around the rotor shell in a spiral shape. The offs are analogous to this create openings or an outlet channel. And analogously, the functional elements are the fuel supply or to arrange the ignition.  

Besondere EigenschaftenSpecial properties

Dieser Viertaktdrehhubkolbenmotor stellt ein Motor dar, bei welchem der Prozeß in vier Takten abläuft, also die Vorteile eines Viertaktmotors gegeben sind. Dieser Motor arbeitet mit Hubkolben herkömmlicher Technik, wobei allerdings ein rechteckiger Querschnitt zu bevorzugen ist wegen der besseren Raumnutzung. Die Vor­ teile der Hubkolben hinsichtlich relativ einfacher und sicherer Dichtung sind in jedem Fall gegeben. Dieser Motor basiert auf einem Getriebe, welches auf engstem Raum alle erforderlichen Bewegungsabläufe steuert. Es gibt ausschließlich kontinuierliche Drehbewegungen in stets gleicher Richtung. Nur aus der Kombination dieser Drehbewegungen ergibt sich die Hubbewegung des Kolbens. Aber auch dieser führt im Raum keine lineare Bewegung mit abrupten Beschleunigungen aus, sondern bewegt sich kontinuierlich auf einer außer­ ordentlich harmonischen Bahn. Dieser Motor ist eine Rotationsmaschine, anstelle herkömmlicher Ventile sind die Funktionselemente viel einfacher und sicherer zu bauen. Je Umdrehung der Kurbelwelle weist dieser Motor die doppelte Anzahl Arbeitstakte auf. Dieser Motor kann mit vielfach höherer Drehzahl normaler Hubkolben­ motoren gefahren werden. Ein Motor dieser Bauart mit vier Zylindern weist nur acht bewegliche Teile auf. Wenn ein solcher Motor mit einem Durchmesser von 20 cm und ebensolcher Länge gebaut wird, entspricht er hinsichtlich Laufruhe wie Leistung einem heutigen Achtzylindermotor von drei bis vier Litern Hubraum.This four-stroke rotary piston engine is an engine in which the process runs in four cycles, that is the advantages of a four-stroke engine are given. This engine works with conventional pistons, however, a rectangular cross section is preferable because of the better use of space. The before Parts of the reciprocating piston with regard to a relatively simple and secure seal are given in any case. This Motor is based on a gearbox, which controls all necessary movements in the smallest of spaces. It gives only continuous rotary movements in the same direction. Only from the combination these rotary movements result in the stroke movement of the piston. But this also does not lead in the room linear motion with abrupt accelerations, but moves continuously on one except neat harmonic path. This engine is a rotary machine, instead of conventional valves to build the functional elements much easier and safer. This engine has one revolution of the crankshaft double the number of work cycles. This engine can with a much higher speed normal reciprocating pistons motors are driven. An engine of this type with four cylinders has only eight moving parts. If such a motor is built with a diameter of 20 cm and the same length, it corresponds in terms of smooth running and performance of today's eight-cylinder engine with a displacement of three to four liters.

Auf eine Eigenschaft sei besonders hingewiesen: bei einer Pleuelstange wird der Druck im Zylinder nur auf einer begrenzten Strecke auf das Kurbelgetriebe bei einen langen Hebelarm und in tangentialer Richtung übertragen. Zugleich ist stets ein unproduktiver Druck des Kolbens auf seine Führung im Zylinder gegeben. Anstelle einer Pleuelstange wird hier die Kraft durch die Pleuelscheibe übertragen und damit auf die Kurbelwelle und zugleich auf die Zylinderwandung und damit den Zylinderrotor. Durch die gegensinnige Bewegung von Kurbelwelle und Zylinderrotor werden beide Kraftkomponente damit produktiv genutzt. Bereits in der Anfangsphase des Expansionstaktes, also bei relativ hohem Druck, z. B. in einer Position ent­ sprechend Bild 21, oben rechts, weist die Kurbelwellen-Kraftkomponente schon in tangentiale Richtung in Bezug auf die Rotationsachse. Die Zylinderwand-Kraftkomponente wirkt stets in tangentiale Richtung und über weite Strecken an einem relativ langen Hebelarm. Der Arbeitstakt dieses Motors wird also selbst bei relativ geringer Exzentrität ein vergleichsweise außerordentlich hohes Drehmoment abgeben.One characteristic is particularly noteworthy: with a connecting rod, the pressure in the cylinder is only transmitted to the crank mechanism over a limited distance with a long lever arm and in the tangential direction. At the same time there is always an unproductive pressure of the piston on its guidance in the cylinder. Instead of a connecting rod, the force is transmitted through the connecting rod and thus to the crankshaft and at the same time to the cylinder wall and thus the cylinder rotor. Due to the opposite movement of the crankshaft and cylinder rotor, both force components are used productively. Already in the initial phase of the expansion stroke, i.e. at relatively high pressure, e.g. B. in a position accordingly Figure 21, top right, the crankshaft force component already in the tangential direction with respect to the axis of rotation. The cylinder wall force component always acts in the tangential direction and over long distances on a relatively long lever arm. The work cycle of this engine will therefore deliver a comparatively extraordinarily high torque even with a relatively low eccentricity.

3.17. Drehhubkolbengetriebe3.17. Rotary piston gear Funktionfunction

Diese Konstruktion ist geeignet, eine lineare Hubbewegung eines Kolbens zu erzeugen, wobei sich der Kolben um eine Rotationsachse dreht.This construction is suitable for producing a linear stroke movement of a piston, whereby the piston rotates about an axis of rotation.

KonstruktionsprinzipConstruction principle

Im Gehäuse ist ein Rotor drehbar um seine Rotationsachse gelagert. Dieser Rotor wird im folgenden "Zylinder­ rotor" genannt. Im Zylinderrotor sind in Richtung eines Durchmessers Zylinderaussparungen angebracht, in welchen ein Kolben eine lineare Hubbewegung ausführen kann von einer Seite des Zylinderrotors bis zur anderen Seite des Zylinderrotors und zurück. Mittig im Kolben ist eine runde Scheibe gelagert, welche im folgenden "Exzenterscheibe" genannt wird. Diese Exzenterscheibe ist fest verbunden mit einer Welle, welche im folgenden "Exzenterwelle" genannt wird. Die Exzenterscheibe ist exzentrisch auf der Exzenterwelle montiert. Der Abstand zwischen der Achse der Exzenterscheibe und der Achse der Exzenterwelle wird im folgenden "Exzentrität" genannt. Die Exzenterwelle ist drehbar im Gehäuse gelagert. Zwischen der Achse der Exzenterwelle und der Rotationsachse ist ein Abstand entsprechend voriger Exzentrität gegeben.A rotor is rotatably mounted in the housing about its axis of rotation. This rotor is called the "cylinder" below rotor ". In the cylinder rotor, cylinder cutouts are made in the direction of a diameter, in which a piston can perform a linear stroke movement from one side of the cylinder rotor to other side of the cylinder rotor and back. A round disc is mounted in the center of the piston  the following "eccentric disk" is called. This eccentric disc is firmly connected to a shaft, which hereinafter referred to as "eccentric shaft". The eccentric disc is eccentric on the eccentric shaft assembled. The distance between the axis of the eccentric disc and the axis of the eccentric shaft is in hereinafter called "eccentricity". The eccentric shaft is rotatably mounted in the housing. Between the axis of the The eccentric shaft and the axis of rotation are given a distance corresponding to the previous eccentricity.

Der Zylinderrotor und die Exzenterwelle, damit auch die Exzenterscheibe, drehen gleichsinnig. Die Exzenter­ welle dreht jedoch mit der doppelten Drehzahl des Zylinderrotors. Ein Getriebe synchronisiert diesen Beweg­ ungsablauf. Bei einer halben Umdrehung des Zylinderrotors führt der Kolben eine Hubbewegung aus von einer Seite des Zylinderrotors zur anderen. Vorzugsweise wird der Kolben beidseitig genutzt, d. h. innerhalb einer Zylinderaussparung werden zwei Zylindervolumen abgebildet.The cylinder rotor and the eccentric shaft, and thus also the eccentric disc, rotate in the same direction. The eccentric however, shaft rotates at twice the speed of the cylindrical rotor. A gear synchronizes this movement process. With half a revolution of the cylinder rotor, the piston performs a stroke movement of one Side of the cylinder rotor to the other. The piston is preferably used on both sides, i. H. within one Two cylinder volumes are shown in the cylinder recess.

In Bild 22, oben links, sind schematisch und beispielhaft Querschnitte durch ein solches Getriebe dargestellt. Eine Exzenterwelle (A-22) ist im Gehäuse drehbar gelagert. Auf dieser Exzenterwelle ist eine Exzenterscheibe (B-22) exzentrisch montiert. Diese Exzenterscheibe ist drehbar und mittig in einem Kolben (C-22) gelagert. Dieser Kolben ist in Aussparungen des Zylinderrotors (E-22) so gelagert, daß er eine lineare Bewegung auf einem Durchmesser des Zylinderrotors (D-22) ausführen kann. Der Zylinderrotor ist im Gehäuse drehbar um seine Rotationsachse (RA) gelagert. Zwischen dieser Rotationsachse und der Achse der Exzenterwelle (A-22) sowie zwischen den Achsen der Exzenterwelle und der Exzenterscheibe ist gleiche Exzentrität gegeben. Figure 22, top left, shows schematically and exemplarily cross sections through such a gear. An eccentric shaft (A-22) is rotatably mounted in the housing. An eccentric disc (B-22) is mounted eccentrically on this eccentric shaft. This eccentric disc is rotatable and mounted in the center of a piston (C-22). This piston is mounted in recesses in the cylinder rotor (E-22) so that it can perform a linear movement on a diameter of the cylinder rotor (D-22). The cylinder rotor is rotatably mounted in the housing around its axis of rotation (RA). The same eccentricity is given between this axis of rotation and the axis of the eccentric shaft (A-22) and between the axes of the eccentric shaft and the eccentric disc.

In Bild 22, oben links, sind vier Situationen (G-22 bis J-22) dargestellt. Der Zylinderrotor führt von Abbildung zu Abbildung jeweils eine Drehung im Uhrzeigersinn um jeweils 45 Grad aus. Zugleich führt die Exzenter­ welle von Abbildung zu Abbildung jeweils eine Drehung im Uhrzeigersinn um jeweils 90 Grad aus. Der Zylinder E-22 weist bei G-22 seine größtes Volumen aus. Im Verlauf einer halben Drehung des Zylinderrotors (über H-22, I-22, J-22 zurück zu G-22) verringert sich dieses Volumen bis zum kleinsten Volumen. Zugleich weist umgekehrt auf der anderen Seite des Kolbens ein Zylinder F-22 anwachsendes Volumen auf. Figure 22, top left, shows four situations (G-22 to J-22). The cylinder rotor rotates clockwise by 45 degrees from picture to picture. At the same time, the eccentric shaft rotates clockwise by 90 degrees from picture to picture. The cylinder E-22 has its largest volume at G-22. In the course of half a turn of the cylinder rotor (via H-22, I-22, J-22 back to G-22) this volume decreases to the smallest volume. At the same time, conversely, on the other side of the piston, a cylinder F-22 has increasing volume.

In Bild 22, dritte Darstellungszeile links, ist die Geometrie dieses Getriebes dargestellt. Zwischen Rotations­ achse (RA) und Exzenterwellenachse (EA-22) ist ein gleich großer Abstand gegeben wie zwischen der Exzenterwellenachse (EA-22) und der Exzenterscheibenachse (BA-22). Die Exzenterwelle dreht sich im Uhr­ zeigersinn, so daß die Exzenterscheibenachse z. B. in die Position von BB-22 kommt, also eine Drehung um EA ausgeführt hat im Winkel von BA-EA-BB. Die Längsachse des Kolben weist dann von RA-22 in Richtung BB-22, d. h. der Zylinderrotor muß eine Drehung im Winkel von BA-RA-BB ausgeführt haben. Es ist offen­ sichtlich, daß dieser Drehwinkel des Zylinderrotors stets halb so groß ist wie der Drehwinkel der Exzenter­ welle. Wenn beide Elemente durch ein entsprechendes Getriebe untersetzt sind, gleitet der Kolben problemlos in der Zylinderaussparung des Zylinderrotors. Figure 22, third line on the left, shows the geometry of this gearbox. The same distance exists between the axis of rotation (RA) and the eccentric shaft axis (EA-22) as between the eccentric shaft axis (EA-22) and the eccentric disc axis (BA-22). The eccentric shaft rotates clockwise so that the eccentric disc axis z. B. comes in the position of BB-22, ie has made a rotation around EA in the angle of BA-EA-BB. The longitudinal axis of the piston then points from RA-22 towards BB-22, ie the cylinder rotor must have rotated at an angle from BA-RA-BB. It is obvious that this angle of rotation of the cylindrical rotor is always half as large as the angle of rotation of the eccentric shaft. If both elements are supported by a corresponding gear, the piston slides easily in the cylinder recess of the cylinder rotor.

In Bild 22, rechte Darstellungsspalte, sind schematisch und ausschnittsweise Längsschnitte durch dieses Drehhubkolbengetriebe dargestellt. In Bild 22, rechts oben, ist zunächst die Exzenterwelle (A-22) dargestellt und die Exzenterscheibe (B-22), welche im Kolben (C-22) drehbar gelagert ist. Oben weist die Exzenterscheibe (B-22) nach rechts, der Kolben (C-22) befindet sich in einer mittigen Hubposition, so wie z. B. bei I-22 darge­ stellt. Darunter ist die Situation entsprechend G-22 dargestellt. Die Exzenterscheibe weist dabei nach links, auch der Kolben befindet sich links in einem Totpunkt.In Figure 22, right-hand column of the illustration, longitudinal sections through this rotary piston transmission are shown schematically and in sections. Figure 22, top right, shows the eccentric shaft (A-22) and the eccentric disc (B-22), which is rotatably mounted in the piston (C-22). Above the eccentric disc (B-22) points to the right, the piston (C-22) is in a central lifting position, such as e.g. B. at I-22 represents Darge. Below this is the situation according to G-22. The eccentric disk points to the left, and the piston is also at a dead center on the left.

In Bild 22, rechts mittig, ist beispielsweise der Zylinderrotor (D-22) in entsprechenden Positionen dargestellt. Oben kann sich der Kolben in den Zylinderaussparungen senkrecht zur Zeichnungsebene bewegen, unten kann sich der Kolben in der Zeichnungsebene bewegen. Außerdem ist hier dargestellt, daß der Zylinderrotor mittig eine runde Aussparung besitzen muß, damit sich die Exzenterwelle relativ zum Zylinderrotor drehen kann. Figure 22, center right, shows the cylinder rotor (D-22) in corresponding positions, for example. At the top, the piston can move in the cylinder recesses perpendicular to the plane of the drawing, at the bottom the piston can move in the plane of the drawing. It is also shown here that the cylinder rotor must have a round recess in the middle so that the eccentric shaft can rotate relative to the cylinder rotor.

In Bild 22, rechts unten, sind diese beiden Konstruktionselemente zusammengefügt dargestellt, schematisch und beispielsweise auch ihre Lagerung im Gehäuse sowie ein Getriebe zur Koordinierung der Bewegungen. Im Gehäuse (GE) ist der Zylinderrotor (D-22) drehbar gelagert, ebenso die Exzenterwelle (A-22). Fest verbunden mit dem Zylinderrotor (D-22) ist ein nach innen weisender Zahnkranz (K-22). Fest verbunden mit der Exzenterwelle (A-22) ist ein Zahnrad (L-22) bzw. diese Exzenterwelle ist dort als Zahnrad ausgeformt. Das Zahnrad (L-22) steht in Eingriff mit dem Zahnkranz (K-22). Der Zahnkranz weist doppelt so großen Radius wie das Zahnrad auf. Die Exzenterwelle weist damit doppelt so große Drehzahl wie der Zylinderrotor auf. Der Antrieb bzw. Abtrieb der Maschine kann beispielsweise an der Exzenterwelle erfolgen. Dieses Getriebe ist nur schematisch und beispielhaft dargestellt und kann in vielfältiger Weise mit bekannter Technik realisiert werden. Die erforderlichen Öffnungen im Gehäuse sind hier nicht dargestellt.In Figure 22, bottom right, these two construction elements are shown assembled, schematically and, for example, their storage in the housing as well as a gearbox for coordinating the movements. The cylinder rotor (D-22) is rotatably mounted in the housing (GE), as is the eccentric shaft (A-22). An inwardly facing ring gear (K-22) is firmly connected to the cylinder rotor (D-22). A gearwheel (L-22) is fixedly connected to the eccentric shaft (A-22) or this eccentric shaft is shaped there as a gearwheel. The gear (L-22) is in mesh with the ring gear (K-22). The gear rim has twice the radius of the gear. The eccentric shaft is therefore twice as fast as the cylinder rotor. The machine can be driven or driven, for example, on the eccentric shaft. This transmission is only shown schematically and by way of example and can be implemented in a variety of ways using known technology. The required openings in the housing are not shown here.

In Bild 22, unten links, ist ein schematischer Querschnitt durch eine solches Drehhubkolbengetriebe darge­ stellt. Der Zylinderrotor (D-22) befindet sich dabei in einer Position analog I-22. Eine Drehung im Uhrzeiger­ sinn ist unterstellt, ebenso Druck bzw. eine Fluidströmung im Einlaufbereich (M-22). Es wird dadurch Druck auf den Kolben (C-22) ausgeübt und damit ein Drehmoment auf die Exzenterscheibe (B-22) bzw. die Exzenter­ welle (A-22) bewirkt. Klar zu erkennen ist dabei jedoch auch, daß bevorzugt ein Druck ausgeübt wird auf die (in der Abbildung rechte) Innenwandung des Zylinderrotors (D-22). Dieses Drehmoment wirkt an einen großen Hebelarm, maximal der vierfachen Exzentrität.In Figure 22, bottom left, is a schematic cross section through such a rotary piston transmission Darge presents. The cylinder rotor (D-22) is in a position analogous to I-22. A clockwise rotation is assumed, as is pressure or a fluid flow in the inlet area (M-22). As a result, pressure is exerted on the piston (C-22) and a torque is thus exerted on the eccentric disc (B-22) or the eccentric shaft (A-22). However, it can also be clearly seen that pressure is preferably exerted on the inner wall (right in the illustration) of the cylindrical rotor (D-22). This torque acts on a large lever arm, up to four times the eccentricity.

Besondere EigenschaftenSpecial properties

Die Arbeitsweise dieser Maschine ist am besten vergleichbar mit der eines Impellers. Die Kraftübertragung bzw. Kraftwirkung wird keinesfalls allein durch die Kolben vermittelt, sondern zu einem beachtlichen Teil wirken die Innenwandungen des Zylinderrotors wie Schaufeln. Obwohl diese vollkommen plan sind, ergibt sich eine harmonische Fluidströmung. Die dicken, gestrichelten Linien in Bild 22, unten links, stellen beispiels­ weise eine äußere und eine innere Stromlinie dar. Das Fluid strömt entweder in einer parabolischen Bahn durch die Maschine oder in einer ein- und ausrollenden Bahn. Zu beachten ist ferner, daß die Ein- bzw. Aus­ laßöffnungen der Zylinder außerordentlich groß angelegt werden können. Beachtlich ist auch, daß nahezu die Hälfte der Querschnittsfläche des Zylinderrotors als wirksame Zylinderfläche zur Verfügung steht. Mit diesem Drehhubkolbengetriebe werden die Vorteile konventioneller Hubkolben kombiniert mit den Vorteilen von Rotationsmaschinen. Es befinden sich sowohl der Zylinderrotor wie die Exzenterwelle inklusive der Exzenter­ scheibe und ebenso der Kolben in kontinuierlichen, konzentrischen Drehbewegungungen. Nur ein einziger Zahnradeingriff ist als Getriebe erforderlich. Dieses Drehhubkolbengetriebe wird darum bei unterschiedlichen Maschinen außerordentlich vorteilhaft eingesetzt werden, als Pumpe wie als Turbine.The operation of this machine is best comparable to that of an impeller. The power transmission or force effect is in no way conveyed solely by the pistons, but to a considerable extent the inner walls of the cylinder rotor act like blades. Although these are completely flat, there is a harmonious fluid flow. The thick, dashed lines in Figure 22, bottom left, represent, for example, an outer and an inner streamline. The fluid either flows through the machine in a parabolic path or in a path that rolls in and out. It should also be noted that the inlet and outlet openings of the cylinders can be made extremely large. It is also noteworthy that almost half of the cross-sectional area of the cylinder rotor is available as an effective cylinder area. This rotary piston transmission combines the advantages of conventional pistons with the advantages of rotary machines. Both the cylinder rotor and the eccentric shaft including the eccentric disc and the piston are in continuous, concentric rotary movements. Only a single gear engagement is required as a gear. This rotary piston gearbox will therefore be used extremely advantageously in different machines, both as a pump and as a turbine.

3.18. Drehhubkolbenmaschine3.18. Rotary piston machine Funktionfunction

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, die Funktion einer Pumpe bzw. einer Turbine zu erfüllen.This construction element is suitable for fulfilling the function of a pump or a turbine.

KonstruktionsprinzipConstruction principle

Diese Maschine basiert auf obigem Drehhubkolbengetriebe. Die dortige Beschreibungen gelten hier analog. Bereits die in Bild 22, unten links, dargestellte Funktionsskizze stellt eine Förderpumpe für ein nicht kompres­ sibles Fluid dar. Wenn mit kompressiblem Fluid gearbeitet werden soll, sind gegenüber dieser Prinzipskizze lediglich die Öffnungen am Zylinder bzw. am Gehäuse in geeigneter Weise zu gestalten. Bei einer Pumpe muß der Einlaß relativ groß und der Auslaß relativ klein dimensioniert werden, bei einer Turbine umgekehrt. Zudem ist bei einer Turbine die Schaufelwirkung zu nutzen, indem die Kolbenoberfläche schaufelartig geformt wird.This machine is based on the above rotary piston transmission. The descriptions there apply analogously here. The functional sketch shown in Fig. 22, bottom left, already shows a feed pump for a non-compressible fluid. If you want to work with compressible fluid, only the openings on the cylinder or the housing have to be designed in a suitable manner compared to this schematic diagram. In the case of a pump, the inlet must be relatively large and the outlet must be dimensioned relatively small, and vice versa in the case of a turbine. In addition, in the case of a turbine, the blade effect is to be used in that the piston surface is shaped like a blade.

Konstruktive AusführungConstructional execution

In Bild 23, obere Darstellungszeile, ist zunächst schematisch und beispielhaft der Querschnitt einer Pumpe dargestellt. In Bild 23, oben links, sind zunächst die diversen Funktionselemente dargestellt und bezeichnet. Im Gehäuse (GE) ist die Exzenterwelle (A-23) drehbar gelagert. Mit dieser fest verbunden ist die Exzenterscheibe (B-21). Diese Exzenterscheibe ist mittig im Kolben (C-23) drehbar gelagert. Dieser Kolben ist in einem Zylinderrotor (D-23) so gelagert, daß er lineare Bewegungen von einer Seite des Zylinderrotors zur anderen und zurück ausführen kann. Dieser Zylinderrotor weist entsprechende Aussparungen auf einem Durchmesser auf, in welchem sich der Kolben bewegen kann bzw. in welchen das Volumen der Zylinder abgebildet wird. Dieser Zylinderrotor ist im Gehäuse gelagert und um die Rotationsachse (RA) drehbar. Zwischen der Rotationsachse und der Achse der Exzenterwelle ist ein Abstand gegeben, welcher im folgenden als "Exzentrität" bezeichnet wird. Zwischen der Achse der Exzenterwelle und der Achse der Exzenterscheibe ist ein Abstand entsprechend dieser Exzentrität gegeben. Figure 23, upper line of the illustration, shows the cross-section of a pump schematically and as an example. In Fig. 23, top left, the various functional elements are initially shown and labeled. The eccentric shaft (A-23) is rotatably mounted in the housing (GE). The eccentric disc (B-21) is firmly connected to this. This eccentric disc is rotatably mounted in the center of the piston (C-23). This piston is mounted in a cylinder rotor (D-23) so that it can perform linear movements from one side of the cylinder rotor to the other and back. This cylinder rotor has corresponding cutouts on a diameter in which the piston can move or in which the volume of the cylinders is shown. This cylinder rotor is mounted in the housing and can be rotated around the axis of rotation (RA). There is a distance between the axis of rotation and the axis of the eccentric shaft, which is referred to below as "eccentricity". There is a distance corresponding to this eccentricity between the axis of the eccentric shaft and the axis of the eccentric disk.

Die Zylinder (E-23 bzw. F-23) sind gegenüber dem Gehäuse nicht mit ihrer gesamten Zylinderquerschnitts fläche geöffnet. Hier sind die Öffnungen beispielsweise auf etwa ein Sechstel dieser Fläche begrenzt. The cylinders (E-23 or F-23) are not with their entire cylinder cross-section compared to the housing open area. Here, the openings are limited to approximately one sixth of this area, for example.  

In Bild 23, oben links, ist eine Situation dargestellt, in welcher der Zylinder F-23 nahezu sein minimales Volumen erreicht hat Eine Drehung des Zylinderrotors (D-23) im Uhrzeigersinn wird hier unterstellt. Das komprimierte Fluid kann durch die Öffnung im Zylinder und durch die Öffnung im Gehäuse in einen Kanal (G-23) abgegeben werden. Dieser Kanal wird im folgenden als "Auslaßkanal" bezeichnet. Vorzugsweise wird das komprimierte Fluid in tangentialer Richtung in diesen Auslaßkanal eingeleitet, so daß sich im Auslaßkanal eine Potentialdrallströmung oder zumindest eine starke Drallströmung ausbilden wird. Figure 23, top left, shows a situation in which the cylinder F-23 has almost reached its minimum volume. A rotation of the cylinder rotor (D-23) clockwise is assumed here. The compressed fluid can be discharged through the opening in the cylinder and through the opening in the housing into a channel (G-23). This channel is referred to below as the "outlet channel". The compressed fluid is preferably introduced into this outlet channel in the tangential direction, so that a potential swirl flow or at least a strong swirl flow will form in the outlet channel.

In dieser Situation des Bildes 23, oben links, hat der gegenüberliegende Zylinder (E-23) nahezu sein maximales Volumen erreicht. Das Fluid konnte in diesen Zylinder über eine weite Strecke der Drehung des Zylinderrotors durch einen relativ groß dimensionierten Kanal I-23) einfließen. Dieser Kanal wird im folgenden "Einlaßkanal" genannt.In this situation of Figure 23, top left, the opposite cylinder (E-23) has to be almost maximum volume reached. The fluid could rotate in this cylinder for a long distance Cylinder rotor flow through a relatively large channel I-23). This channel is in the hereinafter called "inlet duct".

In Bild 23, oben rechts, ist eine Situation dargestellt, bei welcher sich der Zylinderrotor um etwa 15 Grad im Uhrzeigersinn weiter gedreht hat. In dieser waagrechten Stellung des Kolbens in seinem Totpunkt (links) hat der Zylinder F-23 sein minimales Volumen und der Zylinder E-23 sein maximales Volumen erreicht. Die Öffnungen der Zylinder decken sich nun nicht mehr mit den Öffnungen des Gehäuses. Der Kompressionstakt des linken Zylinders ist damit abgeschlossen, er wird nächstens den Einlaßtakt ausführen. Umgekehrt ist der Einlaßtakt des rechten Zylinders damit abgeschlossen, er wird nächstens den Kompressionstakt ausführen. Figure 23, top right, shows a situation in which the cylinder rotor has rotated clockwise by about 15 degrees. In this horizontal position of the piston in its dead center (left), the cylinder F-23 has reached its minimum volume and the cylinder E-23 has reached its maximum volume. The openings in the cylinders no longer coincide with the openings in the housing. The compression stroke of the left cylinder is now complete, it will execute the intake stroke next. Conversely, the intake stroke of the right cylinder is now complete; it will execute the compression stroke next.

In Bild 23, mittlere Darstellungszeile, sind entsprechende Querschnitte schematisch und beispielhaft dargestellt für eine Turbine. Bei einer Turbine sollte das unter Druck befindliche Fluid in einer Potentialdrallströmung bzw. zumindest in einer Drallströmung angeliefert werden in einem relativ gering dimensionierten Einlaßkanal (J-23 bzw. L-23). Das Fluid sollte aus diesem Einlaßkanal in tangentialer Richtung ausströmen und durch die Öffnung des Zylinders in diesen einfließen. Der Druck dieses Fluids wird über den Kolben an die Exzenter­ welle abgegeben. Die Geschwindigkeit dieser Strömung ist zudem nutzbar, indem sie während des Einfließens in den Zylinder auf die Zylinderinnenwandung trifft und dort ein Drehmoment auf den Zylinderrotors bewirkt. Vorteilhaft ist, wenn das Einfließen auch tangential zum Zylinderrotor erfolgt und zudem die Oberfläche des Kolbens (K-23) schaufelförmig geformt ist, z. B. wie durch die gestrichelte Linien gekennzeichnet.Corresponding cross-sections are shown schematically and exemplarily for a turbine in Figure 23, middle display line. In the case of a turbine, the fluid under pressure should be delivered in a potential swirl flow or at least in a swirl flow in a relatively small inlet duct (J-23 or L-23). The fluid should flow out of this inlet channel in a tangential direction and flow into the cylinder through the opening of the cylinder. The pressure of this fluid is delivered to the eccentric shaft via the piston. The speed of this flow can also be used by hitting the inside wall of the cylinder while it is flowing into the cylinder and causing a torque on the cylinder rotor there. It is advantageous if the inflow also takes place tangentially to the cylinder rotor and, in addition, the surface of the piston (K-23) is shaped like a blade, for. B. as indicated by the dashed lines.

In Bild 23, mittlere Darstellungszeile, rechts, ist die Situation nach einer Drehung um etwa 15 Grad dargestellt. Die Einlaßöffnung des Gehäuses gegenüber der Öffnung des Zylinders (M-23) sollten nur während einer kurzen Phase sich decken, wie hier beispielsweise dargestellt. Nur in dieser relativ kurzen Phase wird damit die Geschwindigkeit der Fluidströmung genutzt. Über eine relativ lange Phase dagegen wird dann der Druck in der Expansionsphase genutzt. Nach Abschluß dieser Expansionsphase erreicht die Öffnung des Zylinders (O-23) eine relativ groß dimensionierte Öffnung des Gehauses (P-23), in welchen der Auslaß des Fluids reibungsfrei erfolgen kann. Der Druck eines Fluids wird damit in jeweils begrenzten Masse- bzw. Volumeneinheiten abge­ baut, jeweils zwei mal je einer Umdrehung des Zylinderrotors. Figure 23, middle display line, right, shows the situation after a rotation of about 15 degrees. The inlet opening of the housing opposite the opening of the cylinder (M-23) should only coincide during a short phase, as shown here for example. The speed of the fluid flow is thus only used in this relatively short phase. The pressure in the expansion phase is then used over a relatively long phase. After completion of this expansion phase, the opening of the cylinder (O-23) reaches a relatively large opening of the housing (P-23), in which the fluid can be discharged without friction. The pressure of a fluid is thus built up in limited mass or volume units, two times in each case one revolution of the cylinder rotor.

In Bild 23, unten, ist schematisch und beispielhaft ein Längsschnitt durch eine Drehhubkolbenmasch 88462 00070 552 001000280000000200012000285918835100040 0002019806507 00004 88343ine darge­ stellt. Im Gehäuse (GE) ist die Exzenterwelle (A-23) drehbar gelagert, um obige Exzentrität gegenüber der Rotationsachse (RA)versetzt. Fest verbunden mit der Exzenterwelle ist die Exzenterscheibe (B-23). Diese wiederum ist mittig und drehbar gelagert im Kolben (C-23). Der Kolben ist im Zylinderrotor (D-23) so gelagert, daß er eine lineare Bewegung ausführen kann. In Bild 23, unten, links, ist die Zylinderaussparung so dargestellt, daß sich der Kolben in der Zeichnungsebene bewegen kann. Der Kolben befindet sich oben in seinem Totpunkt, der Zylinder E-23 hat sein größtes Volumen erreicht. Der Zylinderrotor (D-23) ist im Gehäuse gelagert, so daß er sich um die Rotationsachse drehen kann. Die Exzenterwelle ist in einem Teil­ bereich als Zahnrad (S-23) ausgebildet, welches im Eingriff steht mit einem Zahnkranz (T-23) des Zylinder­ rotors. Der Zahnkranz hat einen doppelt so großen Radius wie der des Zahnrades. Die Exzenterwelle dreht sich damit doppelt so schnell, jedoch gleichsinnig wie der Zylinderrotor.In Figure 23, below, a longitudinal section through a rotary piston machine 88462 00070 552 001000280000000200012000285918835100040 0002019806507 00004 88343ine is shown schematically and as an example. The eccentric shaft (A-23) is rotatably mounted in the housing (GE), offset by the above eccentricity with respect to the axis of rotation (RA). The eccentric disc (B-23) is firmly connected to the eccentric shaft. This in turn is centered and rotatably mounted in the piston (C-23). The piston is mounted in the cylinder rotor (D-23) so that it can perform a linear movement. In Figure 23, below, left, the cylinder recess is shown so that the piston can move in the plane of the drawing. The piston is at its top dead center, the cylinder E-23 has reached its largest volume. The cylinder rotor (D-23) is mounted in the housing so that it can rotate around the axis of rotation. The eccentric shaft is formed in a partial area as a gear (S-23), which is in engagement with a ring gear (T-23) of the cylinder rotor. The ring gear has a radius twice as large as that of the gear wheel. The eccentric shaft rotates twice as fast, but in the same direction as the cylinder rotor.

In den Zeichnungen wurden bislang die Kolben stets mit rechteckigem Querschnitt dargestellt. Selbstver­ ständlich kann die Querschnittsfläche der Zylinder auch rund sein wie bei herkömmlichen Hubzylindern. Ent­ sprechend ist in der Abbildung rechts ein Kolben (R-23) mit runder Querschnittsfläche dargestellt. Die Raum­ nutzung ist jedoch günstiger bei einem rechteckigen Querschnitt. Es wird vorteilhafter sein, anstelle weniger runder Zylinder mehrere rechteckige Zylinder anzulegen.So far, the pistons have always been shown with a rectangular cross section in the drawings. Self ver Of course, the cross-sectional area of the cylinders can also be round, as is the case with conventional lifting cylinders. Ent a piston (R-23) with a round cross-sectional area is shown in the illustration on the right. The room however, use is cheaper with a rectangular cross-section. It will be more advantageous than less round cylinder to create several rectangular cylinders.

Die Öffnungen der Zylinder sollten nicht mittig angelegt sein. Es ist vorteilhafter, diese Öffnungen asym­ metrisch anzulegen und zwar in Richtung des Drehsinns des Zylinderrotors. In den Abbildungen oben in Bild 23 sind die Öffnungen z. B. so weit in Richtung des Drehsinns des Zylinderrotors verlagert, daß nurmehr eine ausreichend große Distanz zwischen Ein- und Auslaßöffnung des Gehäuses gegeben ist. Durch diese Anord­ nung wird bei einer Pumpe (z. B. Bild 23, oben links) erreicht, daß in der letzten Phase der Kompression das Fluid mehrheitlich in Richtung des Drehsinns des Zylinderrotors aus dem Zylinder in das Gehäuse gepreßt wird. Dieses intensiviert die im Auslaßkanal (G-23) gewünschte Drallströmung. Umgekehrt bewirkt diese Anordnung der Zylinderöffnung bei einer Turbine (z. B. Bild 23, Mitte, links), daß die tangential einfließende Strömung auf die Zylinderinnenwandung trifft und dort den gewünschten Effekt einer Schaufel bewirkt.The cylinder openings should not be in the center. It is more advantageous to create these openings asym metrically in the direction of rotation of the cylinder rotor. In the figures above in Figure 23, the openings are z. B. so far in the direction of rotation of the cylindrical rotor that only a sufficiently large distance between the inlet and outlet opening of the housing is given. With this arrangement, it is achieved with a pump (e.g. Fig. 23, top left) that in the last phase of the compression the fluid is mostly pressed out of the cylinder into the housing in the direction of rotation of the cylinder rotor. This intensifies the swirl flow desired in the outlet duct (G-23). Conversely, this arrangement of the cylinder opening in a turbine (e.g. Fig. 23, center, left) has the effect that the tangentially flowing flow hits the inside wall of the cylinder and has the desired effect of a blade there.

Besondere EigenschaftenSpecial properties

Mit dem Konstruktionsprinzip diese Drehhubkolbenmaschine ist gleichermaßen eine Pumpe wie eine Turbine zu bauen. Es sind nur wenige Bauteile erforderlich, die Maschine ist leicht und vollständig auswuchtbar. Auf engstem Raum lassen sich viele Zylinder anordnen. Dadurch wird möglich, daß Fluiddruck in einem kon­ tinuierlichen Strom ab- bzw. aufgebaut wird. Diese Drehhubkolbenmaschine ist mit Drehzahlen zu fahren, welche bislang Strömungsmaschinen vorbehalten waren. Diese Drehhubkolbenmaschine hat gegenüber diesen den Vorteil, daß z. B. ein Fluiddruck in abgegrenzten Masse- bzw. Volumenseinheiten und in ganz bestimmtem Umfang abgebaut bzw. in mechanische Energie überführt werden kann. Außer den hier vorgestellten Bei­ spielen sind diverse Variationen dieses Konstruktionsprinzips für unterschiedliche Zwecke nutzbar. With the design principle of this rotary piston machine it is a pump as well as a turbine to build. Only a few components are required, the machine is light and completely balanced. On Many cylinders can be arranged in the smallest of spaces. This makes it possible that fluid pressure in a con continuous electricity is built up or down. This rotary piston machine can be driven at speeds, which were previously reserved for turbo machines. This rotary piston machine has compared to these the advantage that z. B. a fluid pressure in defined mass or volume units and in certain Scope can be reduced or converted into mechanical energy. Except for the examples presented here various variations of this design principle can be used for different purposes.  

3.19. Drehhubkolhenmotor3.19. Rotary stroke engine Funktionfunction

Dieses Konstruktionselement ist ein Motor mit rotierenden Hubkolben und kontinuierlicher Verbrennung.This design element is an engine with rotating reciprocating pistons and continuous combustion.

KonstruktionsprinzipConstruction principle

Dieser Motor basiert auf obigem Drehhubkolbengetriebe bzw. obiger Drehhubkolbenmaschine sowie oben beschriebener Brennkammer. Dieser Motor weist drei Funktionselemente auf: ein Pumpe liefert durch eine Vielzahl von Zylindern einen kontinuierlichen Strom komprimierter Verbrennungsluft, in einer Brennkammer wird kontinuierlich Brennstoff zugeführt und verbrannt, in einer Turbine wird der hohe Druck sowie die Geschwindigkeit der Abgase wiederum durch eine Vielzahl von Zylindern in mechanische Energie überführt.This engine is based on the above-mentioned rotary piston gear or above-mentioned rotary piston machine and above described combustion chamber. This motor has three functional elements: one pump delivers by one Large number of cylinders a continuous flow of compressed combustion air, in a combustion chamber fuel is continuously supplied and burned, the high pressure and the The speed of the exhaust gases is converted into mechanical energy by a large number of cylinders.

Konstruktive AusführungConstructional execution

In Bild 24, linke Darstellungsspalte, sind schematisch und beispielhaft drei Querschnitte durch einen Motor dieser Konstruktionsprinzipien dargestellt. In Bild 24, oben links, ist zunächst der Pumpenteil dieses Motors schematisch und beispielhaft dargestellt. Der Aufbau dieser Pumpe ist analog zu der Drehhubkolbenmaschine, welche oben detailliert beschrieben ist. Im Gehäuse (GE) ist eine Exzenterwelle (A-24) drehbar gelagert. Fest verbunden mit dieser Exzenterwelle ist eine Exzenterscheibe (B-24). Zwischen den Achsen der Exzenterwelle und der Exzenterscheibe ist ein Abstand gegeben, welcher im folgenden "Exzentrität" genannt wird. Die Exzenterscheibe ist ihrerseits mittig in einem Kolben (C-24) drehbar gelagert. Der Kolben ist in einem Zylinderrotor (D-24) so gelagert, daß er lineare Bewegungen von einer Seite des Zylinderrotors zur anderen ausführen kann. Im Zylinderrotor sind entsprechende Aussparungen in der Richtung eines Durchmessers angelegt, in welchen der Kolben sich bewegen kann bzw. durch welche das Volumen der Zylinder (E-24 und F-24) abgebildet wird. Der Kolben wird beidseitig genutzt. Der Zylinderrotor ist im Gehäuse gelagert und ist drehbar um die Rotationsachse (RA). Der Zylinderrotor und die Exzenterwelle drehen gleichsinnig, die Exzenterwelle jedoch mit der doppelten Drehzahl des Zylinderrotors. In den Abbildungen ist eine Drehung im Uhrzeigersinn unterstellt. Figure 24, left-hand column, shows schematically and exemplarily three cross-sections through a motor based on these design principles. In Figure 24, top left, the pump part of this motor is shown schematically and as an example. The construction of this pump is analogous to the rotary piston machine, which is described in detail above. An eccentric shaft (A-24) is rotatably mounted in the housing (GE). An eccentric disc (B-24) is permanently connected to this eccentric shaft. There is a distance between the axes of the eccentric shaft and the eccentric disk, which is called "eccentricity" in the following. The eccentric disc is in turn rotatably mounted in the center of a piston (C-24). The piston is mounted in a cylinder rotor (D-24) so that it can perform linear movements from one side of the cylinder rotor to the other. Corresponding recesses are made in the direction of a diameter in the cylinder rotor, in which the piston can move or through which the volume of the cylinders (E-24 and F-24) is represented. The piston is used on both sides. The cylinder rotor is mounted in the housing and can be rotated around the axis of rotation (RA). The cylinder rotor and the eccentric shaft rotate in the same direction, but the eccentric shaft at twice the speed of the cylinder rotor. A clockwise rotation is assumed in the figures.

In Bild 24, oben links, ist eine Situation dargestellt, in welcher sich der Kolben (C-24) in seinem oberen Totpunkt befindet. Der Zylinder F-24 hat sein minimales Volumen erreicht und seinen Kompressionstakt abgeschlossen. Kurz zuvor hat dieser Zylinder F-24 zum Ende seines Kompressionstakt die komprimierte Verbrennungsluft an einen Kanal (G-24) abgegeben, welcher im folgenden "Druckluftkanal" genannt wird. Vorteilhaft ist, wenn das Fluid aus dem Zylinder in tangentiale Richtung in den Druckluftkanal einströmt, damit sich dort eine starke Drallströmung oder gar Potentialdrallströmung ausbilden wird. Der Zylinder F-24 wird durch weitere Drehung im Uhrzeigersinn nun ein Einlaßtakt durchführen. Dazu wird Verbrennungsluft angesaugt bzw. bereitgestellt in einem Kanal (H-24), welcher im folgenden "Luftkanal" genannt wird. Es wird wiederum vorteilhaft sein, wenn in diesem Luftkanal eine Drallströmung ansteht, damit diese möglichst reibungsfrei in den großflächigen Einlaßbereich (I-24) einströmen kann. Dieser Einlaßbereich umfaßt nahezu 180 Grad. Figure 24, top left, shows a situation in which the piston (C-24) is at top dead center. The cylinder F-24 has reached its minimum volume and has completed its compression stroke. Shortly before, at the end of its compression stroke, this cylinder F-24 delivered the compressed combustion air to a duct (G-24), which is called "compressed air duct" in the following. It is advantageous if the fluid flows from the cylinder in the tangential direction into the compressed air channel, so that a strong swirl flow or even potential swirl flow will form there. The cylinder F-24 will now perform an intake stroke by further clockwise rotation. For this purpose, combustion air is sucked in or made available in a duct (H-24), which is called "air duct" in the following. It will again be advantageous if there is a swirl flow in this air duct so that it can flow into the large-area inlet area (I-24) as smoothly as possible. This inlet area is almost 180 degrees.

Der Zylinder E-24 hat diesen Einlaßtakt gerade abgeschlossen und geht nun in den Kompressionstakt über. Durch einen Kolben (C-24) wird damit je Umdrehung des Zylinderrotors zwei mal komprimiertes Fluid in den Druckluftkanal abgegeben. Es wird vorteilhaft sein, mehrere Kolben einzusetzen, jeweils entsprechend zueinander versetzt, so daß ein nahezu kontinuierlicher Fluidstrom mit starkem Drall und hohem Druck im Druckluftkanal gegeben ist.The cylinder E-24 has just completed this intake stroke and is now entering the compression stroke. With a piston (C-24), twice the compressed fluid is rotated into the cylinder rotor Compressed air duct issued. It will be advantageous to use several pistons, each correspondingly offset to each other, so that an almost continuous fluid flow with strong swirl and high pressure in Compressed air duct is given.

In Bild 24, unten links, ist eine entsprechende Turbine dargestellt, welche prinzipiell analog zur vorigen Pumpe angelegt ist bzw. oben detailliert beschriebener Drehhubkolbenmaschine entspricht. Hier wird in einem Kanal (J-24) Abgas hohen Drucks, hoher Geschwindigkeit und in einer Drallströmung angeliefert. Dieser Kanal wird im folgenden "Druckabgaskanal" genannt. Durch die Öffnungen im Gehäuse wie im Zylinder fließt dieses Fluid in den Zylinder. Der Druck wird über den Kolben an die Exzenterwelle weiter gegeben. Das Einströmen des Fluids mit hoher Geschwindigkeit übt darüber hinaus einen Drehimpuls auf die Zylinder­ innenwandung aus. Vorzugsweise wird auch durch eine entsprechende, schaufelförmige Formgebung der Kolbenoberfläche diese Funktion einer Turbinenschaufel zusätzlich genutzt werden. Die Öffnungen des Gehäuses und des Zylinders sind nur eine kurze Zeit deckend, die restliche Phase dient der Expansion des Fluids, so daß der Druck des Fluids abgebaut und in mechanische Bewegungsenergie umgewandelt wird. Figure 24, bottom left, shows a corresponding turbine, which is basically designed analogous to the previous pump or corresponds to the rotary piston machine described in detail above. Here exhaust gas of high pressure, high speed and in a swirl flow is delivered in a channel (J-24). This channel is hereinafter referred to as the "pressure exhaust gas channel". This fluid flows into the cylinder through the openings in the housing and in the cylinder. The pressure is passed on to the eccentric shaft via the piston. The inflow of the fluid at high speed also exerts an angular momentum on the cylinder inner wall. This function of a turbine blade is preferably also additionally used by a corresponding, blade-shaped shaping of the piston surface. The openings of the housing and the cylinder are only covering for a short time, the remaining phase serves for the expansion of the fluid, so that the pressure of the fluid is reduced and converted into mechanical kinetic energy.

In Bild 24, unten links, hat der Zylinder E-24 seinen Expansionstakt abgeschlossen, das Abgas kann danach über den großflächigen Auslaßbereich (L-24) in einen Kanal (K-24) fließen. Dieser Kanal wird im folgenden "Abgaskanal" genannt. Auch hier wird wieder vorteilhaft sein, die Abgase tangential in diesen Abgaskanal einzuleiten. Es ist damit eine Drallströmung im Abgaskanal gegeben, die einer weiteren Verwendung zuge­ führt werden kann.In Figure 24, bottom left, the cylinder E-24 has completed its expansion stroke, after which the exhaust gas can flow into a channel (K-24) via the large exhaust area (L-24). This channel is called "exhaust gas channel" in the following. Again, it will be advantageous to introduce the exhaust gases tangentially into this exhaust gas duct. There is thus a swirl flow in the exhaust duct, which can be used for further use.

Zwischen den Funktionselementen der Pumpe und der Turbine ist die Brennkammer angeordnet. Diese Brenn­ kammer kann unterschiedlich gestaltet werden. Vorteilhaft ist jedoch eine Brennkammer der oben detailliert dargestellten Bauart. Einzelheiten zu dieser sind oben ersichtlich. In Bild 24, Mitte links, ist schematisch und beispielhaft ein Querschnitt durch eine Brennkammer oben beschriebener Bauart dargestellt. Der Druckluft­ kanal (G-24) erfährt hierbei eine Erweiterung des Rohrdurchmessers, wobei allerdings die Querschnittsfläche zunächst in etwa gleich groß bleibt. Dieses wird erreicht, indem mittig im Druckluftkanal ein runder, vorn und hinten zugespitzter Körper eingebaut wird, welcher hier "Insel" (N-24) genannt wurde. Der Querschnitt des Druckluftkanals hat hier also die Form eines Ringes (M-24). In diesem herrscht eine starke Drallströmung, welche als Drucksperre wirkt. Eventuell können Leitbleche diese Funktion unterstützen.The combustion chamber is arranged between the functional elements of the pump and the turbine. This combustion chamber can be designed differently. However, a combustion chamber of the type detailed above is advantageous. Details of this can be seen above. In Figure 24, center left, a cross-section through a combustion chamber of the type described above is shown schematically and as an example. The compressed air duct (G-24) experiences an expansion of the pipe diameter, although the cross-sectional area initially remains approximately the same size. This is achieved by installing a round, tapered body in the center of the compressed air duct, which was called "island" (N-24) here. The cross section of the compressed air duct has the shape of a ring (M-24). There is a strong swirl flow in this, which acts as a pressure lock. Baffles may support this function.

In diesem mittleren Funktionsbereich kann außerdem der Zylinderrotor nochmals im Gehäuse gelagert sein oder auch die Exzenterwelle. Alle weiteren Details sind im Längsschnitt bzw. der Draufsicht besser darstellbar bzw. zu beschreiben. In this middle functional area, the cylinder rotor can also be mounted in the housing again or the eccentric shaft. All other details can be better represented in the longitudinal section or the top view or to describe.  

In Bild 24, rechts, ist schematisch und beispielhaft ein Draufsicht auf einen Drehhubkolbenmotor dargestellt. Oben ist das Funktionselement der Pumpe dargestellt, mittig das der Brennkammer, unten das der Turbine. Im Gehäuse (GE) ist der Zylinderrotor (D-24) gelagert und drehbar um die Rotationsachse (RA). Im Gehäuse ist die Exzenterwelle (A-24) gelagert und ebenso drehbar um die Rotationsachse. Mit dem Zylinderrotor fest ver­ bunden ist ein Innenzahnkranz (P-24). Mit der Exzenterwelle fest verbunden ist ein Zahnrad (Q-24) bzw. diese ist dort als Zahnrad ausgeformt. Das Zahnrad steht in Eingriff mit dem Zahnkranz. Das Zahnrad weist einen halb so großen Radius auf gegenüber dem des Zahnkranzes. Die Exzenterwelle dreht damit gleichsinnig wie der Zylinderrotor, jedoch mit doppelter Drehzahl gegenüber diesem. Figure 24, right, shows a schematic and exemplary top view of a rotary piston engine. The functional element of the pump is shown at the top, that of the combustion chamber in the middle, and that of the turbine at the bottom. The cylinder rotor (D-24) is mounted in the housing (GE) and can be rotated about the axis of rotation (RA). The eccentric shaft (A-24) is mounted in the housing and can also be rotated around the axis of rotation. An internal ring gear (P-24) is firmly connected to the cylinder rotor. A gearwheel (Q-24) is firmly connected to the eccentric shaft or it is shaped there as a gearwheel. The gear meshes with the ring gear. The gear has a radius that is half as large as that of the ring gear. The eccentric shaft thus rotates in the same direction as the cylinder rotor, but at twice the speed of the latter.

Auf der Exzenterwelle sind Exzenterscheiben fest montiert, diese in Kolben mittig und drehbar gelagert, diese beweglich gelagert in Aussparungen des Zylinderrotors, in diesen Aussparungen werden die Zylinder abge­ bildet. Diese Konstruktionselemente sind hier nicht dargestellt. Die gestrichelten Querlinien sollen lediglich anzeigen, daß diverse Zylinder (R-24) hier angelegt sind, hier beispielsweise sieben jeweils beidseitig wirkende Kolben, also insgesamt vierzehn Zylinder in der Pumpe und entsprechend dazu auch in der Turbine.Eccentric disks are permanently mounted on the eccentric shaft, these are mounted centrally and rotatably in pistons movably mounted in recesses of the cylinder rotor, in these recesses the cylinders are removed forms. These construction elements are not shown here. The dashed cross lines are only intended indicate that various cylinders (R-24) are created here, for example seven, each acting on both sides Pistons, i.e. a total of fourteen cylinders in the pump and, accordingly, also in the turbine.

Durch dicke Linien sind in dieser Draufsicht vielmehr die Funktionselemente des Gehäuses hervorgehoben, um ihre prinzipielle Lage bzw. Anordnung schematisch und beispielsweise zu kennzeichnen. Der Luftkanal (H-24) erstreckt sich über alle Zylinder der Pumpe. Seine Einlaßbereiche umfassen nahezu 180 Grad. Aus diesen fließt Luft im Einlaßtakt in die Zylinder. Die Exzenterscheiben müssen dabei natürlich gegeneinander versetzt ange­ ordnet werden, damit die Takte des Einlaß und der Komprimierung der diversen Zylinder in entsprechender zeitlicher Abfolge ausgeführt werden. Das Ergebnis der Kompressionstakte in Form von komprimiertem Fluid wird in den Druckluftkanal (G-24) abgegeben.Rather, the functional elements of the housing are highlighted by thick lines in this plan view to schematically mark their basic position or arrangement, for example. The air duct (H-24) extends over all cylinders of the pump. Its inlet areas are almost 180 degrees. From these flows Air in the intake stroke into the cylinders. The eccentric discs must of course be offset from each other are arranged so that the clocks of the intake and compression of the various cylinders in a corresponding manner chronological order are executed. The result of the compression strokes in the form of compressed fluid is released into the compressed air duct (G-24).

Durch die tangentiale Einleitung des Fluids in diesen Druckluftkanal wird in diesem eine außerordentlich starke Bewegungskomponente in Drallrichtung gegeben sein. Es wird hier darauf hingewiesen, daß in diesem Druckluftkanal damit das Phänomen eines "Wirbelrohres" auftreten wird. In diesem Druckluftkanal wird das Fluid entsprechend des Drucks größere Wärme aufweisen als das Fluid im Luftkanal, also vor der Komprimierung. Die meßbare Temperatur eines Fluids stellt jedoch nur einen Mittelwert dar, welcher sich aus Molekularbewegungen höchst unterschiedlicher Geschwindigkeit und Energie ergibt. Die Masse des Fluids wird (hier nach unten) in Richtung Brennkammer abfließen. Am anderen Ende des Druckluftkanals (hier nach oben) könnte mittig eine Öffnung angebracht werden und das Wirbelrohr-Phänomen zu beobachten bzw. zu nutzen sein: dort wird Fluid mit relativ geringem Druck und außerordentlich geringer Wärme austreten. Die Temperatur dieses Fluids wird weit unterhalb der des Fluids im Luftkanal sein, sogar unter dem Gefrierpunkt. Diese Fluidmenge könnte zurück geführt werden in den Luftkanal, um den Effekt einer Ladeluftkühlung zu erreichen. Diese Fluidmenge könnte andrerseits einem Kondensator zugeführt werden, wenn z. B. diesem Motor eine Dampfturbine nachgeschaltet wird. Dieses Phänomen ist bekannt, Wirbelrohre sind in praktischem Einsatz, die Gründe dieser Erscheinung sind nicht abschließend geklärt, auch hier nicht näher untersucht. Due to the tangential introduction of the fluid into this compressed air duct, this becomes an extraordinary one strong movement component in the direction of swirl. It is pointed out here that in this Compressed air duct so that the phenomenon of a "vortex tube" will occur. In this compressed air duct, that is Fluid have greater heat according to the pressure than the fluid in the air duct, that is, before Compression. However, the measurable temperature of a fluid is only an average, which is the result Molecular movements of very different speeds and energy results. The mass of the fluid will flow (down here) towards the combustion chamber. At the other end of the compressed air duct (here after above) an opening could be made in the middle and the vortex tube phenomenon observed or closed be useful: there will escape fluid with relatively low pressure and extremely low heat. The The temperature of this fluid will be well below that of the fluid in the air duct, even below freezing. This amount of fluid could be returned to the air duct to have the effect of charge air cooling to reach. On the other hand, this amount of fluid could be supplied to a condenser if, for. B. this engine a steam turbine is connected downstream. This phenomenon is well known, vortex tubes are practical Use, the reasons for this phenomenon have not been finally clarified, nor have they been investigated in detail here.  

Der Druckluftkanal (G-24) ist hier oben mit gleichbleibendem Radius dargestellt) um auf das angesprochene Phänomen hinzuweisen. Der Druckluftkanal könnte auch von Anfang an zunehmenden Radius aufweisen.The compressed air duct (G-24) is shown here with the same radius) to match the one addressed Point out phenomenon. The compressed air duct could also have an increasing radius from the beginning.

In Bild 24, rechts mittig, sind die Funktionselemente der Brennkammer schematisch und beispielhaft darge­ stellt. Wesentliches Kennzeichen dieser Brennkammer ist zunächst, daß der Rohrdurchmesser des Druckluft­ kanals hier eine Erweiterung erfährt, wobei in diesem Bereich mittig ein runder, vorn und hinten zugespitzter Körper (N-24) eingebaut ist, welcher hier "Insel" genannt wird. Die dem Fluid zur Verfügung stehende Quer­ schnittsfläche bleibt damit im Prinzip zunächst gleich. Der Querschnitt des Druckluftkanals (M-24) ist in diesem Bereich ringförmig. Die flächige Strömung mit starkem Drall in diesem Bereich wirkt als Drucksperre. Die Zeichnungen sind nur schematisch und keinesfalls maßstabsgerecht. Die obere Spitze der Insel könnte z. B. viel weiter in den Druckluftkanal nach oben reichen.In Figure 24, center right, the functional elements of the combustion chamber are shown schematically and as an example. The main characteristic of this combustion chamber is that the pipe diameter of the compressed air duct is expanded here, with a round body (N-24), which is pointed at the front and rear, installed in the center, which is called "island" here. The cross-sectional area available to the fluid thus initially remains the same in principle. The cross section of the compressed air duct (M-24) is ring-shaped in this area. The flat flow with strong swirl in this area acts as a pressure lock. The drawings are only schematic and in no way to scale. The top of the island could e.g. B. reach much further up in the compressed air duct.

Etwa im Bereich des größten Rohrdurchmessers sind die Funktionselemente der Brennstoffzufuhr sowie der Zündung (O-24) anzuordnen. Diese sind hier nicht detailliert dargestellt und nach bekannter Technik zu gestalten. Wesentlich jedoch ist, daß im weiteren Verlauf zunächst die dem Fluid zur Verfügung stehende Querschnittsfläche größer wird, insbesonders durch die geringer werdenden Radien der Insel. Auch der Rohr­ querschnitt ist dann zu verringern. Details dieser Brennkammer, z. B. der Einsatz von Leitblechen, sind oben dargestellt. Durch diese Maßnahmen ergibt sich eine vorwärts gerichtete Strömung mit starker Drallkom­ ponente und es wird sich eine Potentialdrallströmung im anschließenden Druckabgaskanal (I-24) bilden. Aus diesem Kanal fließt das Fluid in die Zylinder der Turbine, von dort in den Abgaskanal (K-24). Die dort anstehende Drallströmung kann anderweitig verwertet werden, z. B. in einem Abgasturbolader.In the area of the largest pipe diameter are the functional elements of the fuel supply and the Arrange ignition (O-24). These are not shown in detail here and are based on known technology shape. It is essential, however, that in the further course the fluid is available Cross-sectional area becomes larger, especially due to the decreasing radii of the island. The pipe too cross section must then be reduced. Details of this combustion chamber, e.g. B. the use of baffles are above shown. These measures result in a forward flow with strong swirl component and a potential swirl flow will form in the subsequent pressure exhaust duct (I-24). From this channel, the fluid flows into the cylinders of the turbine, from there into the exhaust gas channel (K-24). These impending swirl flow can be used otherwise, e.g. B. in an exhaust gas turbocharger.

Besondere EigenschaftenSpecial properties

Dieser Drehhubkolbenmotor weist alle Vorteile auf, welche aufgrund obigen Drehhubkolbengetriebes bzw. obiger Drehhubkolbenmaschine gegeben und dort aufgeführt sind. Darüber hinaus ergibt sich aus der klaren Trennung der Funktionen Kompression, Verbrennung und Expansion die Möglichkeit, diese jeweils optimal gestalten, z. B. die Pumpe und Turbine unterschiedlich dimensionieren zu können. Durch diese Trennung bleiben beispielsweise die Zylinder der Kompression relativ kalt und wird andrerseits im Expansionstakt durch die heißen Zylindenwandungen dem Prozeß nicht frühzeitig Energie entzogen. Die kontinuierliche Verbren­ nung bringt andrerseits Vorteile, welche sonst nur in Strömungsmaschinen verfügbar sind. Durch die aus­ schließlich rund drehenden Bauteile reicht dieser Motor auch in Drehzahlbereiche, die ansonsten Strömungs­ maschinen vorbehalten sind. Dieser Motor gibt jedoch auch schon im unteren Drehzahlbereich Leistung ab, weil hier alt-bewährte Hubkolbentechnik eingesetzt wird. Und all dieses ist mit einem außerordentlich geringem Bauaufwand und bei vergleichsweise extrem kleinen Dimensionen machbar. Dieser Drehhubkolben­ motor stellt damit ein Motor völlig neuer Qualität und Dimension dar. This rotary piston engine has all the advantages that are due to the above rotary piston gear or given above rotary piston machine and listed there. It also follows from the clear Separation of the functions of compression, combustion and expansion gives the possibility to optimize them shape, e.g. B. to be able to dimension the pump and turbine differently. Through this separation For example, the compression cylinders remain relatively cold and, on the other hand, become exhausted in the expansion cycle the hot walls of the cylinder do not withdraw energy from the process at an early stage. The continuous scorching On the other hand, there are advantages that are otherwise only available in turbomachinery. Through that After all, the rotating components also reach into the speed ranges, which otherwise flow machines are reserved. However, this engine delivers power even in the lower speed range, because old-established piston technology is used here. And all of this is extraordinary with one low construction costs and feasible with comparatively extremely small dimensions. This rotary piston motor thus represents an engine of completely new quality and dimensions.  

3.20. Tangentialturbine3.20. Tangential turbine Funktionfunction

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, die kinetische Energie bzw. die Druckenergie eines Fluids in mechanische Energie zu überführen.This construction element is suitable for the kinetic energy or the pressure energy of a fluid to transfer mechanical energy.

KonstruktionsprinzipienConstruction principles

Hier wird zunächst die prinzipielle Gestaltung der Schaufeln eines Rotors diskutiert. Vorweg sind prinzipielle Probleme der Energieumsetzung durch Schaufeln zu klären. Dazu dienen einige schematische Darstellungen in Bild 25.The basic design of the blades of a rotor is first discussed here. Principal problems of energy conversion by shovels have to be clarified beforehand. Some schematic representations in Figure 25 are used for this.

In Bild 25, oben links, ist schematisch ein Längsschnitt durch einen Rotor (RO) dargestellt, welcher um eine Rotationsachse (RA) drehbar ist. Bei Gast- oder Dampfturbinen, teilweise auch bei Wasserturbinen, wird ein Fluidstrom (A-25) seitlich auf eine solche Rotorscheibe gelenkt, der Fluidstrom durch Schaufeln unterschied­ licher Bauart (beispielsweise der prinzipiellen Formen wie bei B-25 und C-25 dargestellt) umgelenkt, wonach der Fluidstrom den Rotor wieder auf gleichem Radius verläßt. Schon oben in der Diskussion der physiltalischen Grundlagen wurde die Problematik dieser Art Umlenkung dargestellt. Solche Schaufeln weisen stets eine Druck- und eine Sogseite auf. Nur die Umlenkung des Fluids an der Druckseite ist produktiv. Jegliche Umlenk­ ung durch Sog ist vollkommen wertlos. Zudem ergibt sich zwischen diesen Schaufeln automatisch turbulente Strömung. Besonders bei Wasserturbinen werden darum nur relativ wenige Schaufeln eingesetzt. Der Fluid­ strahl zwischen den Schaufeln weist damit jedoch eine relativ große Querschnittsfläche auf. Dadurch wird ein großer Teil der Energie des Fluids nur mittelbar auf den Rotor übertragen und ein beachtlicher Teil fließt durch den Rotor ohne Abgabe von Energie an diesen. Der Fluidstrom (D-25) wird bei dieser Art von Schaufeln im Prinzip um etwa 90 Grad umgelenkt. Vorteilhaft bei dieser Art Umlenkung ist, daß diese Umlenkung senkrecht zum Radius erfolgt, die Druckseite prinzipiell zur Rotationsachse parallel verläuft (durch die dünne Hilfslinie dargestellt).In Figure 25, top left, a longitudinal section through a rotor (RO) is shown schematically, which can be rotated about an axis of rotation (RA). In gas or steam turbines, sometimes also in water turbines, a fluid flow (A-25) is directed laterally onto such a rotor disk, the fluid flow is deflected by blades of different designs (for example the basic shapes as shown in B-25 and C-25) , after which the fluid flow leaves the rotor again at the same radius. The problem of this kind of diversion was already discussed in the discussion of the physical basics. Such blades always have a pressure side and a suction side. Only the deflection of the fluid on the pressure side is productive. Any deflection caused by suction is completely worthless. In addition, turbulent flow automatically arises between these blades. For this reason, relatively few blades are used, particularly in water turbines. However, the fluid jet between the blades thus has a relatively large cross-sectional area. As a result, a large part of the energy of the fluid is only indirectly transferred to the rotor, and a considerable part flows through the rotor without giving energy to it. The fluid flow (D-25) is in principle deflected by about 90 degrees in this type of blades. It is advantageous with this type of deflection that this deflection takes place perpendicular to the radius, and the pressure side is in principle parallel to the axis of rotation (represented by the thin auxiliary line).

In Bild 25, Mitte links, ist eine andere prinzipielle Bauart von Rotor bzw. Schaufeln dargestellt. Beispielsweise bei Wasserturbinen wird bevorzugt der Fluidstrom (E-25) in radialer Richtung auf den Rotor gelenkt, durch Schaufeln umgelenkt, so daß der Fluidstrom den Rotor in axialer Richtung verläßt. Diese Art Umlenkung besteht im Prinzip aus zwei Umlenkungen. In Bild 25, mittig, ist schematisch ein Querschnitt durch einen Rotor (RO) dargestellt, welcher sich um die Rotationsachse (RA) dreht. In dieser Darstellung ist die eine Umlenkung dargestellt. Der von außen anströmende Fluidstrom (F-25) weist vorwiegend in tangentiale Richtung und wird in radiale Richtung umgelenkt. Dieser prinzipiell in radiale Richtung weisende Fluidstrom (G-25) wird zum andern dann in axiale Richtung umgelenkt. Damit wird erreicht, daß der Fluidstrom zwei mal um rund 90 Grad umgelenkt wird. Prinzipiell ist damit ein höherer Anteil der Energie des Fluids umsetzbar. Vorteilhaft ist auch, daß bei dieser Art Umlenkung die Schaufeln nur wenig Profil aufweisen müssen. Die dem Fluid zur Verfügung stehende Querschnittsfläche ist damit relativ konstant. Die Strömung zwischen den Schaufeln ist damit weniger turbulent, auch weil die Stromlinien einen gewendelten Bahnverlauf aufweisen. Nachteilig dagegen ist, daß aus dieser Art Umlenkung Kraftkomponenten sowohl in radialer wie axialer Richtung resultieren, welche hinsichtlich der gewünschten Energieumsetzung unproduktiv sind. Figure 25, center left, shows another basic type of rotor or blades. For example, in the case of water turbines, the fluid flow (E-25) is preferably directed onto the rotor in the radial direction and deflected by means of blades, so that the fluid flow leaves the rotor in the axial direction. This type of redirection basically consists of two redirections. In the middle of Figure 25, a cross section through a rotor (RO) is shown, which rotates around the axis of rotation (RA). One redirection is shown in this illustration. The fluid flow (F-25) flowing in from outside points predominantly in the tangential direction and is deflected in the radial direction. This fluid flow (G-25), which basically points in the radial direction, is then deflected in the axial direction. This ensures that the fluid flow is deflected twice around 90 degrees. In principle, a higher proportion of the energy of the fluid can be implemented. It is also advantageous that with this type of deflection, the blades need only have a small profile. The cross-sectional area available to the fluid is therefore relatively constant. The flow between the blades is therefore less turbulent, also because the streamlines have a curved path. On the other hand, it is disadvantageous that this type of deflection results in both radial and axial force components which are unproductive in terms of the desired energy conversion.

Die besten Wirkungsgrade werden mit Freistrahlturbinen erreicht. In Bild 25, unten links, ist deren prinzipielle Arbeitsweise schematisch dargestellt anhand eines Längsschnitts bzw. einer Draufsicht. Der Fluidstrom (H-25) wird in tangentialer Richtung auf den Mantel des Rotors gelenkt. Aus Symmetriegründen wird er geteilt in zwei Ströme. Beide werden um nahezu 180 Grad umgelenkt. Die Umlenkung der Ströme (I-25) erfolgt in Summe nahezu vollkommen senkrecht zur radialen Richtung. Es wird praktisch nur eine Kraftkomponente in der gewünschten tangentialen Richtung erzeugt. Vorteilhaft an dieser Art Umlenkung ist zudem, daß die Schaufeln keine Sogseite aufweisen, d. h. die Umlenkung ausschließlich per Druckwirkung erfolgt. Damm erreichen die Freistrahlturbinen die besten Wirkungsgrade. Nachteilig an bekannten Bauformen dieser Turbinen ist lediglich, daß nur relativ wenige Schaufeln und ebenso nur relativ wenige Düsen einsetzbar sind. Dadurch ist in den Schaufeln kein kontinuierlicher Kraftschluß gegeben, sind die Strömungsverhältnisse nicht konstant. Jeweils zu Beginn und am Ende des auf die Schaufeln treffenden Teilstrahles geht Energie verloren. Dennoch ist diese Art der Umlenkung prinzipiell die vorteilhafteste und sollte generell eingesetzt werden.The best efficiencies are achieved with free jet turbines. In Figure 25, bottom left, the principle of operation is shown schematically using a longitudinal section or a top view. The fluid flow (H-25) is directed in a tangential direction onto the jacket of the rotor. For reasons of symmetry, it is divided into two streams. Both are deflected by almost 180 degrees. The deflection of the currents (I-25) takes place almost completely perpendicular to the radial direction. Practically only one force component is generated in the desired tangential direction. Another advantage of this type of deflection is that the blades have no suction side, ie the deflection takes place exclusively by means of pressure. The free jet turbines achieve the best efficiency levels. The only disadvantage of known designs of these turbines is that only relatively few blades and also only relatively few nozzles can be used. As a result, there is no continuous frictional connection in the blades and the flow conditions are not constant. Energy is lost at the beginning and at the end of the partial beam hitting the blades. Nevertheless, this type of redirection is in principle the most advantageous and should generally be used.

Diese Art Umlenkung ist beispielsweise keinesfalls auf eine Anordnung der Schaufeln am Mantel des Rotors beschränkt. In Bild 25, unten mittig, ist schematisch dargestellt, daß ein Fluidstrom (I-25) auf eine Rotor­ scheibe in tangentialer Richtung gelenkt werden kann, und zwar seitlich in Richtung auf die Rotorscheibe. Innerhalb des Rotors kann dann eine Umlenkung in radiale Richtung erfolgen, hier nach innen dargestellt, prinzipiell ebenso in einen nach außen gerichteten Strahl. Dieser dann in radiale Richtung weisende Fluid­ strom kann zum andern nochmals umgelenkt werden zurück in tangentiale Richtung. Auch hierbei wird also eine Umlenkung von insgesamt etwa 180 Grad erreicht und erfolgt die Umlenkung in Summe senkrecht zum Radius, ergibt sich also nur die gewünschte Kraftkomponente in tangentialer Richtung.This type of deflection is by no means restricted to an arrangement of the blades on the jacket of the rotor. In Figure 25, bottom center, it is shown schematically that a fluid flow (I-25) can be directed onto a rotor disk in the tangential direction, and laterally towards the rotor disk. A deflection in the radial direction can then take place within the rotor, shown here inward, in principle also in an outward-directed jet. This fluid flow then pointing in the radial direction can be redirected again to the other in the tangential direction. Here, too, a deflection of a total of approximately 180 degrees is achieved and the deflection takes place perpendicularly to the radius, so that only the desired force component results in the tangential direction.

Ein prinzipielles Kennzeichen der Gestaltung von Schaufeln bzw. des Rotors nach dieser Erfindung ist also, daß generell eine Umlenkung des Fluidstromes um 180 Grad erreicht werden soll. Prinzipiell ist das nur zu erreichen durch zwei Umlenkungen von etwa 90 Grad.A basic characteristic of the design of blades or of the rotor according to this invention is therefore that generally a deflection of the fluid flow should be achieved by 180 degrees. In principle, that's only too achieve by two deflections of about 90 degrees.

Wenn der Fluidstrom im Prinzip tangential auf den Mantel eines Rotors gerichtet ist, müssen die Umlenkungen prinzipiell zunächst in axiale Richtung erfolgen und anschließend wieder in tangentiale Richtung, analog zur prinzipiellen Bauweise der Freistrahlturbinen. Wesentlich bei dieser tangentialen Anströmung auf den Mantel eines Rotors ist also, daß das Anströmen und Abfließen des Fluids auf unterschiedlicher axialer Ebene erfolgen.If in principle the fluid flow is directed tangentially onto the jacket of a rotor, the deflections must be made in principle take place first in the axial direction and then again in the tangential direction, analogous to basic design of the free jet turbines. Essential for this tangential flow onto the jacket A rotor is that the inflow and outflow of the fluid take place on different axial levels.

Wenn der Fluidstrom im Prinzip tangential und seitlich auf eine Rotorscheibe gerichtet ist, müssen die Um­ lenkungen prinzipiell zunächst in radiale Richtung erfolgen und anschließend wieder in tangentiale Richtung. If the fluid flow is directed tangentially and laterally onto a rotor disc, the Um Steering takes place first in the radial direction and then again in the tangential direction.  

Wesentlich bei dieser tangentialen Anströmung auf die Seitenwand einer Rotorscheibe ist also, daß das Anströmen und Abfließen des Fluids auf unterschiedlicher radialer Ebene erfolgen. Dieses Prinzip ist teilweise z. B. bei Francisturbinen realisiert.It is therefore essential for this tangential flow against the side wall of a rotor disk that The inflow and outflow of the fluid take place at different radial levels. This principle is partial e.g. B. realized with Francis turbines.

Beide Bauprinzipien sind in aller Regel auf Wasserturbinen beschränkt. Wesentliches Kennzeichen dieser Erfindung ist, diese Bauprinzipien auch auf Gas- und Dampfturbinen anwendbar zu machen. Dazu sind jedoch noch einige bereits in den physikalischen Grundlagen dargestellten Prinzipien anzuwenden. Diese sind im wesentlichen: das Fluid muß in nahezu tangentialer Richtung vom Gehäuse an den Rotor übergeben werden. Dieses gilt prinzipiell auch für Fluidströme aus dem Rotor zurück in das Gehäuse. Das Fluid muß in einem relativ dünnen Strahl auf Teile des Rotors aufprallen, damit die kinetische Energie aller Fluidteile möglichst unmittelbar an den Rotor abgegeben werden kann. Es muß eine kontinuierliche Fluidströmung auch innerhalb der Schaufeln organisiert werden, wobei vorzugsweise Drallströmungen zu erzeugen bzw. zu erhalten sind. Die Umsetzung der Energie des Fluids in mechanische Energie muß ausschließlich durch Druckwirkung erfolgen. Die Schaufel dürfen darum keine Sogseite aufweisen. Diesen Kriterien entsprechen die nachfolgend vorge­ stellten Konstruktionsprinzipien und dementsprechende Konstruktionselemente.Both construction principles are usually limited to water turbines. Essential characteristic of this The invention is to make these construction principles applicable to gas and steam turbines. To do this, however apply some of the principles already outlined in the physical principles. These are in essential: the fluid must be transferred from the housing to the rotor in an almost tangential direction. In principle, this also applies to fluid flows from the rotor back into the housing. The fluid must be in one Impact relatively thin beam on parts of the rotor so that the kinetic energy of all fluid parts as possible can be delivered directly to the rotor. There must be a continuous flow of fluid also within of the blades are organized, preferably creating or maintaining swirl flows. The The conversion of the energy of the fluid into mechanical energy must only be done by pressure. The shovel must therefore have no suction side. The following criteria meet these criteria provided construction principles and corresponding construction elements.

In Bild 25, oben rechts, ist schematisch der äußere Bereich eines Rotormantels dargestellt (L-25 und M-25), lediglich ein Ausschnitt eines Querschnitts. Die Lage der Rotationsachse dieses Rotors ist links außerhalb der Zeichnung unterstellt. Gegenüber gängigen Turbinen ist eine vielfach höhere Anzahl Schaufeln zu installieren. Die Schaufeln bestehen aus einer Innenwandung, welche einen möglichst spitzen Winkel zur tangentialen Richtung aufweist. Diese Innenwandungen überlappen sich und sind mit einem Boden verbunden. Bei L-25 ist diese Schaufelform mit geraden Wandungen nur schematisch dargestellt. Bei M-25 ist beispielsweise darge­ stellt, daß dieser Boden auch gerundet sein kann. Figure 25, top right, schematically shows the outer area of a rotor shell (L-25 and M-25), just a section of a cross section. The position of the axis of rotation of this rotor is assumed on the left outside of the drawing. Compared to common turbines, a much higher number of blades has to be installed. The blades consist of an inner wall which has an acute angle to the tangential direction. These inner walls overlap and are connected to a floor. With L-25 this blade shape with straight walls is only shown schematically. At M-25, for example, Darge shows that this bottom can also be rounded.

In Bild 25, unten rechts, ist die prinzipielle Schaufelform schematisch aus drei Blickrichtungen nochmals dargestellt in größerem Maßstab. N-25 kennzeichnet zunächst den äußeren Bereich eines Rotormantels. Vereinfachend ist dieser Mantel hier ohne Wölbung dargestellt. Eine Innenwandung (0-25) weist einen möglichst spitzen Winkel zum Mantel auf. Eine zweite Innenwandung (P-25) ist dargestellt, welche mit der ersten Innenwandung überlappend ist. Beide Innenwandungen sind verbunden durch einen Boden (Q-25). Die Schaufel besteht also aus einem offenen Bereich (R-25), welcher im folgenden "Schaufelöffnung" genannt wird. Im Bereich der Überlappung der Innenwandungen besteht die Schaufel aus einem nach außen geschlossenen Bereich (S-25), welcher im folgenden "Schaufeltasche" genannt wird. Diese Schaufeltasche (5-25) wird also im Querschnitt gebildet durch eine Innenwandung (hier O-25), den Schaufelboden (hier Q-25) sowie eine nach­ folgende Innenwandung (hier P-25), welche die Außenseite der Schaufeltasche darstellt. In Bild 25, ganz unten rechts, ist schematisch die Sicht in tangentialer Richtung auf den Rotormantel dargestellt. Die Schaufelöffnung (R-25) befindet sich stets am Mantel, die Schaufeltasche (S-25) mit dem Schaufelboden befindet sich etwas innerhalb des Rotors. Darüber ist schematisch die Sicht in Richtung Rotationsachse dargestellt. In Fig. 25, bottom right, the basic blade shape is shown again schematically from three viewing directions on a larger scale. N-25 first identifies the outer area of a rotor shell. To simplify, this coat is shown here without curvature. An inner wall (0-25) has an angle as acute as possible to the jacket. A second inner wall (P-25) is shown, which is overlapping with the first inner wall. Both inner walls are connected by a floor (Q-25). The blade therefore consists of an open area (R-25), which is called "blade opening" in the following. In the area of the overlap of the inner walls, the blade consists of an area (S-25) which is closed to the outside and which is referred to below as the "blade pocket". This shovel pocket ( 5-25 ) is thus formed in cross section by an inner wall (here O-25), the shovel bottom (here Q-25) and a subsequent inner wall (here P-25), which represents the outside of the shovel pocket. Figure 25, at the bottom right, schematically shows the view in the tangential direction of the rotor shell. The bucket opening (R-25) is always on the jacket, the bucket pocket (S-25) with the bucket bottom is located somewhat inside the rotor. The view in the direction of the axis of rotation is shown schematically above this.

Oben ist die Schaufelöffnung (R-25), darunter die Schaufeltasche (5-25). Der Boden dieser Schaufeltasche ist rund, was hier durch den gestrichelten Kreisbogen dargestellt wird. Ein links in die Schaufelöffnung ein­ tretender Fluidstrom wird am Boden umgelenkt um rund 180 Grad und verläßt rechts die Schaufelöffnung. Die dicke gestrichelte Linie zeigt diesen prinzipiellen Bahnverlauf des Fluids in dieser Art von Schaufeln.Above is the bucket opening (R-25), below the bucket pocket ( 5-25 ). The bottom of this shovel bag is round, which is shown here by the dashed circular arc. A fluid flow entering the blade opening on the left is deflected by about 180 degrees at the bottom and leaves the blade opening on the right. The thick dashed line shows this basic path of the fluid in this type of blade.

In Bild 25, unten rechts, wurde zuvor der Bereich N-25 als äußerer Bereich eines Rotormantels bezeichnet. Die Schaufelöffnung (R-25) weist damit an diesem Mantel nach außen. Der Bereich N-25 kann jedoch auch als Draufsicht auf eine Rotorscheibe betrachtet werden. An der rechten Seite dieser Rotorscheibe wären damit entsprechende Schaufelöffnungen angebracht. Die Umlenkung des Fluids entspricht dann der in Bild 25, unten mittig, dargestellten Form. Das dort tangential anfließende Fluid (J-25) ist seitlich auf die Rotorscheibe gerichtet. Dessen Umlenkung um rund 180 Grad (K-25) kann in entsprechender Weise durch obige Schaufel erfolgen. Diese Schaufelform kann prinzipiell also am Mantel eines zylinderförmigen Rotors oder an der Seitenfläche eines scheibenförmigen Rotors eingesetzt werden, selbstverständlich auch in Kombinationen daraus bzw. diagonaler Anordnung.In figure 25, bottom right, area N-25 was previously referred to as the outer area of a rotor shell. The blade opening (R-25) thus points outwards on this jacket. The area N-25 can, however, also be viewed as a top view of a rotor disk. Corresponding blade openings would thus be provided on the right side of this rotor disk. The deflection of the fluid then corresponds to the shape shown in Figure 25, bottom center. The fluid flowing there tangentially (J-25) is directed laterally onto the rotor disk. Its deflection by around 180 degrees (K-25) can be carried out in a corresponding manner using the above blade. In principle, this blade shape can therefore be used on the jacket of a cylindrical rotor or on the side surface of a disk-shaped rotor, of course also in combinations thereof or in a diagonal arrangement.

In Bild 26 sind nun einige weitere Details dieser Schaufel dargestellt sowie einige Bauvarianten. In Bild 26, oben links, ist zunächst der äußere Bereich eines Rotors (RO) dargestellt mit einer Schaufelöffnungen (A-26) und einer Schaufeltasche (B-26). Der Boden dieser Schaufeltasche ist hier beispielsweise gerundet ausgeführt. In Bild 26, oben mittig, ist die Sicht auf den Mantel dieses Rotors schematisch dargestellt. Der Boden der Schaufeltasche (B-26) ist auch in dieser Richtung gerundet. Darunter ist die Sicht aus tangentialer Richtung auf diesen Bereich des Rotormantels dargestellt. Die Schaufelöffnung befindet sich außen am Rotormantel, die Schaufeltasche reicht in den Rotor hinein, wobei der Boden (B-25) der Schaufeltasche einen prinzipiell nach innen geschwungenen Verlauf aufweist. Figure 26 shows some more details of this bucket and some construction variants. Figure 26, top left, shows the outer area of a rotor (RO) with a blade opening (A-26) and a blade pocket (B-26). The bottom of this shovel pocket is rounded, for example. Figure 26, top center, shows a schematic view of the jacket of this rotor. The bottom of the shovel pocket (B-26) is also rounded in this direction. Below this is the view from a tangential direction of this area of the rotor shell. The blade opening is located on the outside of the rotor casing, the blade pocket extends into the rotor, the bottom (B-25) of the blade pocket generally having an inward curve.

In Bild 26, oben rechts, ist schematisch und beispielsweise ein Querschnitt durch den Mantel eines Rotors dargestellt. Dieser Ausschnitt entspricht prinzipiell einer Freistrahlturbine. Aus Symmetriegründen sind hier zwei Schaufeln (C-26) oben beschriebener Bauart neben einander im Rotor (RO) installiert. Die Rotationsachse ist hier nicht eingezeichnet, sie ist als waagrecht oberhalb der Zeichnung liegend unterstellt. Im Gehäuse (GE) befindet sich der Einlaßbereich, in welchem der Fluidstrom (D-26) in tangentialer Richtung auf den Mantel des Rotors gerichtet ist. Darstellbar hier ist in der Zeichnungsebene nur die radiale Komponente dieser Bewegungs­ richtung. Die tangentiale Bewegungskomponente ist von oben auf die Zeichnungsebene gerichtet. Der Fluid­ strom (D-26) ist mittig auf die beiden Schaufeln (C-26) gerichtet, wird in deren Schaufeltaschen umgelenkt und der Fluidstrom (E-26) tritt aus dem Rotor aus, wiederum in tangentialer Richtung (wobei in dieser Sicht wiederum nur die radiale Richtungskomponenten darstellbar ist). Figure 26, top right, shows schematically and, for example, a cross section through the jacket of a rotor. In principle, this section corresponds to a free jet turbine. For reasons of symmetry, two blades (C-26) of the type described above are installed next to one another in the rotor (RO). The axis of rotation is not shown here, it is assumed to lie horizontally above the drawing. In the housing (GE) is the inlet area, in which the fluid flow (D-26) is directed in a tangential direction to the jacket of the rotor. Only the radial component of this direction of movement can be represented in the drawing plane. The tangential motion component is directed from above onto the plane of the drawing. The fluid stream (D-26) is centered on the two blades (C-26), is deflected in their blade pockets and the fluid stream (E-26) emerges from the rotor, again in the tangential direction (again in this view only the radial directional component can be represented).

Gegenüber bekannten Freistrahlturbinen weist dieses Konstruktionsprinzip wesentliche Vorteile auf: der Zufluß, die Umlenkung und der Abfluß stellen einen kontinuierlichen Fluidstrom dar mit konstanten Strömungsbedingungen. Es ist also stets ein Kraftschluß gegeben. Es sind vergleichsweise viele Schaufeln zu installieren, so daß in einem relativ dünnen Fluidstrahl möglichst viele Fluidteile ihre Energie unmittelbar an den Rotor abgeben können. Die Schaufeln dieses Konstruktionsprinzips weisen wie die bekannter Freistrahl­ turbinen keine Sogseiten auf. Bei bekannten Freistrahlturbinen geht Energie durch ein Ausweichen des Strahls bzw. durch "Spritzwasser" dem Prozeß verloren, insbesonders zu Beginn und am Ende jeden Teilstrahles. Bei Schaufeln dieses Konstruktionsprinzips hier erfolgt die Umlenkung dagegen in Schaufeltaschen. Das Fluid kann darin während der Umlenkung seitlich nicht ausweichen. Die gesamte Fluidenergie kann also umgesetzt werden.This design principle has significant advantages over known free jet turbines: the Inflow, the deflection and the outflow represent a continuous fluid flow with constant  Flow conditions. So there is always a frictional connection. There are comparatively many shovels too install, so that in a relatively thin fluid jet, as many fluid parts as possible immediately apply their energy can deliver the rotor. The blades of this design principle point like the well-known free jet turbines no suction sides. In known free jet turbines, energy passes through the beam being deflected or lost to the process due to "splashing water", especially at the beginning and at the end of each partial jet. At If this design principle is shoveled here, the deflection takes place in shovel pockets. The fluid cannot move sideways during the deflection. The entire fluid energy can thus be implemented become.

Bei flüssigem Fluid bzw. Fluid hoher Dichte kann die Energie dieses Fluids in einem einzigen Prozeßschritt umgewandelt werden, beispielsweise bei Wasserturbinen durch diese einmalige Umlenkung um etwa 180 Grad. Bei Gas- oder Dampfturbinen dagegen kann die Druckenergie dieser Fluide in aller Regel nur durch mehrere Prozeßabschnitte ausreichend genutzt werden. Vorstehendes Konstruktionsprinzip ist geeignet, solche Prozesse der Energieumwandlung wiederholt auszuführen. Diese wesentliche Variante dieses Konstruktionsprinzips wird in Bild 26, mittlere Darstellungszeile, schematisch dargestellt.In the case of liquid or high-density fluid, the energy of this fluid can be converted in a single process step, for example in the case of water turbines, by this unique deflection by approximately 180 degrees. In the case of gas or steam turbines, on the other hand, the pressure energy of these fluids can generally only be adequately used by several process sections. The above design principle is suitable for repeatedly executing such energy conversion processes. This essential variant of this design principle is shown schematically in Figure 26, middle display line.

In Bild 26, mittlere Darstellungszeile, links, ist zunächst der Mantelbereich entsprechend obiger Darstellung nochmals gezeichnet. Er zeigt eine Schaufelöffnung (A-26) sowie eine Schaufeltasche (B-26). Das Fluid strömt vorwiegend tangential in die Schaufelöffnung ein (hier also von oben rechts nach unten links), wird in der Schaufeltasche umgelenkt und fließt in umgekehrter Richtung wieder durch die Schaufelöffnung aus (auf unterschiedlicher axialer Ebene, hier also von unten links nach oben rechts). Links davon ist nun ein Bereich des Gehäuses (GE) dargestellt mit entsprechenden Schaufeln, welche jedoch in entgegen gesetzte Richtung weisen. In den Schaufelöffnungen (F-26) des Gehäuses wird der Fluidstrom entgegen genommen (hier also von unten links nach oben rechts), in den Schaufeltaschen (G-26) des Gehäuses umgelenkt, so daß der Fluidstrom die Schaufelöffnung (F-26) des Gehäuses wieder in umgekehrter Richtung verläßt (hier also von oben rechts nach unten links). Der Fluidstrom wird damit wieder in seiner ursprünglichen Richtung gegen den Rotormantel gelenkt. Der Prozeß der Umlenkung und damit der Energieumsetzung kann damit wiederholt werden.In Figure 26, middle display line, left, the jacket area is drawn again in accordance with the above illustration. It shows a bucket opening (A-26) and a shovel pocket (B-26). The fluid mainly flows tangentially into the blade opening (here from top right to bottom left), is deflected in the blade pocket and flows out through the blade opening in the opposite direction (at different axial levels, here from bottom left to top right) . To the left of this, an area of the housing (GE) is now shown with corresponding blades, which, however, point in the opposite direction. The fluid flow is received in the blade openings (F-26) of the housing (here from bottom left to top right), deflected in the blade pockets (G-26) of the housing, so that the fluid flow flows through the blade opening (F-26) Leaves the housing again in the opposite direction (here from top right to bottom left). The fluid flow is thus directed against the rotor shell in its original direction. The process of redirection and thus the conversion of energy can thus be repeated.

In Bild 26, mittlere Darstellungszeile, mittig, sind schematische Darstellungen analog obiger dargestellt. In der Sicht auf den Rotormantel weist diese Schaufel im Prinzip einen U-förmigen Querschnitt auf. Unten ist die Schaufeltasche (B-26), oben die Schaufelöffnung. Hier nun ist zweckmäßig zu unterscheiden zwischen einem Teil der Schaufelöffnung, in welchem das Fluid in die Schaufel einströmt. Dieser Teil wird im folgenden "Schaufeleinlaß" (I-26) genannt. Entsprechend gibt es einen Teil der Schaufelöffnung, aus welchem das Fluid die Schaufel verläßt und entsprechend wird dieser Teil im folgenden "Schaufelauslaß" (J-26) genannt. Zwischen beiden Teilen ist hier ein Steg (H-26) eingezeichnet, welcher am Mantel durchgängig angebracht ist. Darunter ist entsprechend zu obiger Darstellung wiederum die Sicht tangential zum Rotormantel dargestellt. Anstelle der obigen Schaufelöffnung (A-26) zeigt sich dann hier der Schaufeleinlaß (I-26) und Schaufelauslaß (J-26), zwischen beiden der Steg (H-26). Solche Stege (H-26) weisen sowohl die Schaufeln des Rotors wie die des Gehäuses auf, sie verlaufen entlang der Außenfläche des Rotormantels und entlang der gegenüberliegenden Gehäusefläche. In bzw. mittels dieser Stege erfolgt die erforderliche Dichtung zwischen den Prozeßabschnitten.In Figure 26, middle display line, in the middle, schematic representations are shown analogously to the above. In principle, this blade has a U-shaped cross section when looking at the rotor casing. Below is the shovel pocket (B-26), above the shovel opening. Here it is useful to differentiate between a part of the blade opening in which the fluid flows into the blade. This part is hereinafter referred to as "bucket inlet" (I-26). Correspondingly, there is a part of the blade opening from which the fluid leaves the blade and accordingly this part is hereinafter referred to as the "blade outlet" (J-26). A web (H-26) is drawn between the two parts, which is attached to the jacket throughout. Below this, in accordance with the above illustration, the view is again shown tangential to the rotor casing. Instead of the above-mentioned blade opening (A-26), the blade inlet (I-26) and blade outlet (J-26) are shown here, the web (H-26) between the two. Such webs (H-26) have both the blades of the rotor and those of the housing, they run along the outer surface of the rotor shell and along the opposite housing surface. The required seal between the process sections takes place in or by means of these webs.

In Bild 26, mittlere Darstellungszeile, rechts, zeigt ein schematischer Querschnitt in Ausschnitten die prinzipielle Anordnung dieser Konstruktionselemente zueinander. Im Gehäuse (GE) befindet sich ein Kanal, welcher der Zuführung des Fluidstromes (K-26) dient. Dieser Fluidstrom ist nahezu tangential auf den Mantel des Rotors (RO) gerichtet. Durch den Schaufeleinlaß (I-26) strömt das Fluid in die Schaufel des Rotors, wird in der Schaufeltasche (B-26) umgelenkt und verläßt den Rotor durch den Schaufelauslaß (J-26). Der Fluidstrom fließt nun in nahezu tangentialer Richtung in eine entsprechende Schaufel des Gehäuses ein und wird in deren Schaufeltasche (G-26) umgelenkt um nahezu 180 Grad. Dieser Prozeß kann wiederholt ausgeführt werden.In Figure 26, middle line on the right, a schematic cross section in sections shows the basic arrangement of these construction elements to each other. In the housing (GE) there is a channel that serves to supply the fluid flow (K-26). This fluid flow is directed almost tangentially onto the jacket of the rotor (RO). The fluid flows into the blade of the rotor through the blade inlet (I-26), is deflected in the blade pocket (B-26) and leaves the rotor through the blade outlet (J-26). The fluid flow now flows in an almost tangential direction into a corresponding blade of the housing and is deflected in its blade pocket (G-26) by almost 180 degrees. This process can be repeated.

In der Zeichnung ist schematisch aufgezeigt, daß die Stege des Rotors (H-26) wie entsprechende Stege des Gehäuses zur Dichtung zwischen den Prozeßabschnitten dienen können. Die Schaufeln des Gehäuses sind gegenüber den Schaufeln des Rotors jeweils um die halbe Schaufelbreite versetzt anzuordnen. Mittig und seitlich an den Schaufeln sind jeweils solche Stege anzuordnen. Diese Dichtungen verlaufen also um den gesamten Rotormantel und müssen mehrmals angelegt sein. Es wird jedoch eine berührungslose Dichtung vollkommen ausreichend sein. Die Manteloberfläche wurde hier prinzipiell als Gerade gezeichnet. Es ist aber beispielsweise durchaus möglich, daß diese Fläche gewellt ist so daß die gesamte Schaufel bogenförmig gekrümmt ist. Die Schaufelöffnungen sind dann nicht gerade und verlaufen dann nicht parallel zur Rotations­ achse, sondern sind gekrümmt und diagonal zur Rotationsachse angestellt, jeweils der Schaufeleinlaß in anderer Richtung als der Schaufelauslaß. Es wird damit praktisch eine Labyrinthdichtung in großem Maßstab erreicht, welche an den Stegen durch eine Labyrinthdichtung in kleinem Maßstab ergänzt werden kann. Eine solche Ausführung dieses Konstruktionsprinzips ist später ausgeführt.In the drawing it is shown schematically that the webs of the rotor (H-26) like corresponding webs of the Housing can serve as a seal between the process sections. The blades of the case are to be arranged offset by half the blade width relative to the blades of the rotor. Middle and Such webs are to be arranged on the side of the blades. So these seals run around the entire rotor shell and must be created several times. However, it becomes a non-contact seal be perfectly sufficient. The surface of the jacket was basically drawn as a straight line. But it is for example, it is quite possible that this surface is corrugated, so that the entire blade is curved is curved. The blade openings are then not straight and then do not run parallel to the rotation axis, but are curved and positioned diagonally to the axis of rotation, each the blade inlet in different direction than the blade outlet. It practically becomes a labyrinth seal on a large scale achieved, which can be supplemented on the webs by a labyrinth seal on a small scale. A Such execution of this design principle is carried out later.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung dieser Art Schaufeln im Rotor wie im Gehäuse besteht gegenüber bekannten Schaufelrädern und Leitwerken aufgrund des prinzipiellen Bahnverlaufes des Fluidstromes. Die meisten der bekannten Schaufelformen und praktisch alle Leitwerke erzeugen turbulente Strömungen, welche absolut schädlich sind hinsichtlich der Energieumsetzung. Hier dagegen ist der Fluidstrom gleichsinnig und konstant, wird eine fortgesetzte Drallströmung erhalten. Das Fluid strömt von hinten nach vorn durch diese Maschine im Prinzip entlang der Mantellinie. Dabei durchläuft es zugleich eine schraubenförmige Bahn, teilweise im Rotor, teilweise im Gehäuse. In Bild 26, mittlere Darstellungszeile, links im Querschnitt bzw. rechts im Längsschnitt ist diese Bahn leicht zu verfolgen. In dieser Darstellung ist der Bewegungsablauf folgende: das Fluid fließt im Rotor hinten-abwärts und vorn-aufwärts, dann im Gehäuse hinten-aufwärts und vom-abwärts. Es bewegt sich also auf einer Kreisbahn, die allerdings durch die relative Bewegung zwischen Rotor und Gehäuse eine elliptische Bahn darstellt. Diese Strömung ist mit Sicherheit effektiver als turbulente Strömungen oder gar abrupte Richtungswechsel bekannter Konstruktionen. A major advantage of this arrangement of this type of blades in the rotor and in the housing compared to known blade wheels and tail units is due to the basic path of the fluid flow. Most of the known blade shapes and practically all tail units generate turbulent flows, which are absolutely harmful with regard to the energy conversion. Here, however, the fluid flow is in the same direction and constant, a continued swirl flow is obtained. In principle, the fluid flows from back to front through this machine along the surface line. It also runs through a helical path, partly in the rotor, partly in the housing. This path is easy to follow in Figure 26, middle display line, on the left in cross-section or on the right in longitudinal section. In this illustration, the sequence of movements is as follows: the fluid flows in the rotor at the back-down and at the front-up, then in the housing at the back-up and from-down. It moves on a circular path, which, however, represents an elliptical path due to the relative movement between the rotor and the housing. This flow is certainly more effective than turbulent flows or even abrupt changes in direction of known constructions.

Eine zweite wesentliche Variante ist in Bild 26 in der unteren Darstellungszeile dargestellt, wiederum in analoger Darstellungsweise zur oberen und mittleren Darstellungszeile. Im vorigen wurde die Anordnung solcher Schaufeln am Mantel eines Rotors behandelt, wobei das Fluid von außen in den Rotor einströmt und auch wieder nach außen abfließt. Alternativ dazu können solche Schaufeln prinzipiell auch so angelegt werden, daß der Fluidstrom prinzipiell von außen nach innen bzw. auch umgekehrt von innen nach außen im Rotor fließt. Der Rotor hat in diesem Fall nicht die prinzipielle Form eines massiven Zylinders, sondern eines Ringzylinders. Diese Alternative ist nachfolgend dargestellt.A second essential variant is shown in Figure 26 in the lower display line, again in an analogous representation to the upper and middle display line. The arrangement of such blades on the jacket of a rotor was dealt with in the preceding, the fluid flowing into the rotor from the outside and also flowing out again to the outside. As an alternative to this, such blades can in principle also be designed in such a way that the fluid flow in principle flows from outside to inside or vice versa from inside to outside in the rotor. In this case, the rotor does not have the basic shape of a solid cylinder, but an annular cylinder. This alternative is shown below.

In Bild 26, unten links, ist zunächst eine Draufsicht auf den äußeren Bereich eines Rotormantels dargestellt. Dieser Rotor weist eine Außenseite auf, wie bislang rechts unterstellt, sowie eine Innenseite, nun links unter­ stellt in dieser Darstellung. In diesen Rotor sind Schaufeln eingezeichnet. In die Schaufelöffnung (L-26, analog zu obigen A-26) fließt Fluid von außen ein, in dieser Darstellung also von rechts. Am Boden der Schaufel­ tasche (M-26, analog zu obigen B-26) wird das Fluid um etwa 180 Grad umgelenkt. Das Fluid tritt nun aber nicht auf der gleichen Rotorseite wieder aus, wie bislang stets unterstellt, sondern auf der anderen Seite, in dieser Darstellung also nach innen bzw. nach links (N-26). Die Innenwandung der Schaufel wird hier also nicht durch eine prinzipiell ebene Fläche dargestellt, sondern weist im Schaufelauslaß in andere Richtung als im Schaufeleinlaß. Die gestrichelten dicken Linien kennzeichnen diese Variante gegenüber den obigen entsprechenden Darstellungen. Figure 26, bottom left, shows a top view of the outer area of a rotor shell. This rotor has an outside, as previously assumed on the right, and an inside, now on the left below in this illustration. Blades are shown in this rotor. Fluid flows into the blade opening (L-26, analogous to A-26 above) from the outside, in this illustration from the right. At the bottom of the shovel pocket (M-26, analogous to B-26 above), the fluid is deflected by approximately 180 degrees. The fluid now does not emerge on the same side of the rotor as was previously assumed, but on the other side, i.e. in this illustration inwards or to the left (N-26). The inner wall of the blade is not represented here by a basically flat surface, but points in the blade outlet in a different direction than in the blade inlet. The thick dashed lines indicate this variant compared to the corresponding representations above.

In Bild 26, unten, zweite Darstellung von links, ist eine Draufsicht auf diesen Rotormantel schematisch darge­ stellt. Die Schaufel weist den prinzipiell U-förmigen Querschnitt auf. Unten befindet sich hier die Schaufel­ tasche (M-26, analog zu obigen B-26). Die Schaufelöffnung darüber weist nun jedoch nurmehr den Schaufel­ einlaß (L-26, analog zu obigen I-26) auf. Die gestrichtelten Rechtecke zeigen diese Bereiche schematisch an. Der entsprechende Schaufelauslaß (N-26) ist in dieser Darstellung nicht eingezeichnet. Er befindet sich hier rechts vom Schaufeleinlaß (L-26), jedoch auf der anderen, inneren Rotorseite.In Figure 26, below, second representation from the left, a top view of this rotor shell is shown schematically. The blade has a generally U-shaped cross section. Below is the shovel pocket (M-26, analogous to the B-26 above). The blade opening above, however, now only has the blade inlet (L-26, analogous to I-26 above). The dashed rectangles show these areas schematically. The corresponding blade outlet (N-26) is not shown in this illustration. It is located to the right of the blade inlet (L-26), but on the other, inner side of the rotor.

In Bild 26, unten, dritte Darstellung von links, ist eine Sicht in tangentialer Richtung auf diese Rotormantel schematisch dargestellt. Der Schaufelauslaß (N-26) weist nun in entgegen gesetzte Richtung zum Schaufel­ einlaß (L-26). Der runde Boden der Schaufeltasche (M-26) weist nun eine geschwungenen Verlauf auf. Die oben dargestellten Schaufeln hatten im Schaufeleinlauf bislang nur an beiden Seiten Wandungen, welche unten in den Boden der Schaufeltaschen übergehen. Diese Variante von Schaufeln weist zusätzlich eine Mittelwand auf im Bereich der Schaufelöffnungen. Sie ist in dieser Darstellung oben als senkrechte Linie eingezeichnet. Darunter ist sie als geschwungen Linie eingezeichnet, wodurch sich ein strömungsgünstiger Verlauf im Schaufeleinlaß (0-26) wie Schaufelauslaß (P-26) ergibt. Ebenso wurden bislang die Seitenwände der Schaufel­ öffnungen als Gerade gezeichnet. Selbstverständlich können diese gerundet sein, ebenso wie der Boden der Schaufeltaschen. Die Seitenwände wie diese Mittelwand müssen nur direkt am Rotormantel eine Gerade darstellen. Figure 26, below, third representation from the left, schematically shows a view in the tangential direction of this rotor shell. The blade outlet (N-26) now points in the opposite direction to the blade inlet (L-26). The round bottom of the shovel bag (M-26) now has a curved course. The blades shown above previously only had walls on both sides in the blade inlet, which merge into the bottom of the blade pockets at the bottom. This variant of blades additionally has a central wall in the area of the blade openings. In this illustration, it is drawn in as a vertical line. Below it is drawn as a curved line, which results in a streamlined course in the blade inlet (0-26) as well as the blade outlet (P-26). So far, the side walls of the blade openings have been drawn as a straight line. Of course, these can be rounded, as can the bottom of the shovel pockets. The side walls like this middle wall only have to form a straight line directly on the rotor shell.

In Bild 26, unten rechts, ist analog zu oben wiederum ein Ausschnitt eines Querschnitts schematisch darge­ stellt. Im Gehäuse (GE) ist ein Kanal, in welchem der Fluidstrom (Q-26) tangential von außen zum Mantel des Rotors gelenkt wird. Durch den Schaufeleinlaß (O-26) fließt er in den Rotor und wird am Boden der Schaufel­ tasche (M-26) umgelenkt. Der Fluidstrom (R-26) verläßt den Rotor durch den Schaufelauslaß (P-26) nach innen. Der Rotor bildet in diesem Bereich also einen ringförmigen Zylinder. Die Rotationsachse ist hier nicht eingezeichnet, ihre Lage ist als Waagrechte weiter oben in der Zeichnung unterstellt.In Figure 26, bottom right, a section of a cross-section is shown schematically, analogous to the top. In the housing (GE) is a channel in which the fluid flow (Q-26) is directed tangentially from the outside to the jacket of the rotor. It flows through the blade inlet (O-26) into the rotor and is deflected at the bottom of the blade pocket (M-26). The fluid flow (R-26) leaves the rotor through the blade outlet (P-26) inwards. The rotor thus forms an annular cylinder in this area. The axis of rotation is not shown here, its position is assumed to be horizontal above in the drawing.

Diese Konzeption weist alle Vorteile der Freistrahlturbine auf, wie sie oben beschrieben wurde und anhand der Darstellungen ganz oben in Bild 26 schematisch dargestellt ist. Ein zusätzlicher Vorteil hier ist, daß die Zu­ führung und Abführung des Fluids räumlich getrennt sind. Theoretisch ist auch bei dieser Konzeption der Prozeß wiederholbar, analog zu den in der mittleren Darstellungszeile in Bild 26 dargestellten Lösungen. Wichtiger jedoch ist die oben ebenfalls schon angesprochene Variante, diese Art Schaufeln auf einer Rotor­ scheibe entsprechend einzusetzen. Der in Bild 26, unten links, dargestellte Bereich eines Rotors könnte in diesem Sinne auch als Draufsicht auf eine Rotorscheibe betrachtet werden. Diese Variante ist in Bild 27 detailliert dargestellt.This concept has all the advantages of the free jet turbine as described above and is shown schematically at the top of Figure 26. An additional advantage here is that the supply and discharge of the fluid are spatially separated. Theoretically, the process can also be repeated with this concept, analogous to the solutions shown in the middle display line in Figure 26. More important, however, is the variant, also mentioned above, of using this type of blades on a rotor disk accordingly. The area of a rotor shown in Figure 26, bottom left, could also be viewed in this sense as a top view of a rotor disk. This variant is shown in detail in Figure 27.

Bild 27, oben links, zeigt den Ausschnitt einer Draufsicht auf den Mantel eines scheibenförmigen Rotors (RO). Eingezeichnet sind darin Schaufeln der oben vorgestellten Bauart. Das Fluid wird tangential auf eine Seite dieses Rotors gelenkt. Es fließt durch den Schaufeleinlaß (A-27) in den Rotor, wird in der Schaufeltasche (B-27) um etwa 180 Grad umgelenkt und verläßt den Rotor durch den Schaufelauslaß (C-27) auf der anderen Seite der Rotorscheibe. In Bild 27, oben mittig, ist schematisch ein Querschnitt durch eine Turbine mit dieser Art Schaufeln dargestellt. Der Rotor (RO) dreht sich um die Rotationsachse (RA). Im Gehäuse (GE) ist ein Kanal, durch welchen der Fluidstrom (D-27) in den Schaufeleinlaß (A-27) gelangt und durch den Boden (B-27) der Schaufeltasche umgelenkt wird. Der Fluidstrom verläßt den Rotor durch den Schaufelauslaß (C-27). In Bild 27, oben rechts, zeigt diese Turbine schematisch aus einer dritten Sicht, als Draufsicht auf eine Seite der Rotorscheibe. Dieser Rotor (RO) dreht sich um seine Rotationsachse (RA), hier im Uhrzeigersinn. Am Rand dieser Rotorscheibe sind die Schaufeln angeordnet. Ihr im Prinzip U-förmige Querschnitt ist durch gestrichelte Linien angezeigt. Die Schaufeln sind überlappend angeordnet. Sichtbar in dieser Draufsicht sind der Schaufeleinlaß (A-27). In Deckung mit diesem Bereich befindet sich der Einlaßkanal (D-27) des Gehäuses, welcher durch dicke gestrichelte Linien gekennzeichnet ist. Auf der anderen Seite des Rotors befindet sich der entsprechende Schaufelauslaß bzw. Auslaßkanal des Gehäuses. Die Umlenkung im Rotor ist hier von innen nach außen dargestellt, sie könnte ebenso von außen nach innen erfolgen. Figure 27, top left, shows a section of a top view of the jacket of a disc-shaped rotor (RO). Shovels of the type presented above are shown. The fluid is directed tangentially to one side of this rotor. It flows through the blade inlet (A-27) into the rotor, is deflected by about 180 degrees in the blade pocket (B-27) and leaves the rotor through the blade outlet (C-27) on the other side of the rotor disk. Figure 27, top center, shows a schematic cross section through a turbine with this type of blades. The rotor (RO) rotates around the axis of rotation (RA). In the housing (GE) is a channel through which the fluid flow (D-27) enters the bucket inlet (A-27) and is deflected through the bottom (B-27) of the bucket pocket. The fluid flow leaves the rotor through the blade outlet (C-27). In picture 27, top right, this turbine shows schematically from a third view, as a top view of one side of the rotor disk. This rotor (RO) rotates about its axis of rotation (RA), here clockwise. The blades are arranged on the edge of this rotor disk. Their cross-section, which is in principle U-shaped, is indicated by dashed lines. The blades are arranged to overlap. The bucket inlet (A-27) is visible in this top view. Covering this area is the inlet duct (D-27) of the housing, which is indicated by thick dashed lines. The corresponding blade outlet or outlet channel of the housing is located on the other side of the rotor. The deflection in the rotor is shown here from the inside out, it could also be done from the outside in.

Auch für diese Bauform gelten die oben angeführten besonderen Vorteile. Diese Turbine kann damit als Wasserturbine eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist diese Konzeption jedoch, wenn der Prozeß der Energieumwandlung wiederholbar sein soll, wie es in Gas- und Dampfturbinen erforderlich ist. Denn damit wird die effektive Umlenkung von jeweils etwa 180 Grad auch in diesem Bereich nutzbar gemacht. The above-mentioned special advantages also apply to this design. This turbine can be used as Water turbine are used. However, this concept is particularly advantageous if the process of Energy conversion should be repeatable, as is required in gas and steam turbines. Because with that the effective deflection of approximately 180 degrees is also used in this area.  

In Bild 27, links, mittig, ist zunächst die Draufsicht auf den Mantel der Rotorscheibe nochmals dargestellt, entsprechend zur Darstellung in Bild 27, oben links. In Bild 26, mittlere Darstellungszeile wurden im Gehäuse analog gebaute Schaufeln angeordnet, welche jedoch in entgegen gesetzte Richtung weisen. Dieses Prinzip ist auch hier anwendbar. Wenn der Fluidstrom durch den Schaufelauslaß (C-27) den Rotor verläßt, fließt er anschließend in den Schaufeleinlaß (F-27) des Gehäuses, wird am Boden (G-27) der Schaufeltasche des Gehäuses umgelenkt und verläßt durch den Schaufelauslaß (H-27) des Gehäuses die Schaufel des Gehäuses. Der Fluidstrom weist nun wieder in die ursprüngliche Richtung und kann erneut den Schaufeln eines Rotors zugeführt werden.In Figure 27, left, center, the top view of the jacket of the rotor disk is shown again, corresponding to the illustration in Figure 27, top left. In Fig. 26, middle line of representation, blades of an analog construction were arranged in the housing, but pointing in the opposite direction. This principle can also be applied here. When the fluid flow leaves the rotor through the blade outlet (C-27), it then flows into the blade inlet (F-27) of the housing, is deflected at the bottom (G-27) of the blade pocket of the housing and leaves through the blade outlet (H- 27) of the housing the blade of the housing. The fluid flow now points back in the original direction and can be fed again to the blades of a rotor.

Konstruktive AusführungConstructional execution

In Bild 27, unten rechts, ist eine Turbine dieser Bauart schematisch und beispielhaft dargestellt. Um die Rotationsachse (RA) ist ein Rotor (RO) im Gehäuse (GE) drehbar gelagert. Im äußeren Bereich des Rotors sind Schaufeln der zuvor beschriebenen Art angeordnet. An drei scheibenförmigen Rotorteilen sind hier sind drei solcher Rotor-Schaufelkränze dargestellt. Auf gleicher radialer Ebene sind entsprechende Schaufeln des Gehäuses angeordnet. Hier sind zwei solcher Strator-Schaufelkränze dargestellt. Das Fluid strömt durch einen Einlaßkanal (D-27) des Gehäuses in tangentialer Richtung auf die erste Seitenwand des Rotors. Das Fluid wird mehrfach umgelenkt wie oben beschrieben. Das Fluid verläßt das Gehäuse durch einen Auslaßkanal (E-27).A turbine of this type is shown schematically and as an example in Figure 27, bottom right. A rotor (RO) is rotatably mounted in the housing (GE) around the axis of rotation (RA). Blades of the type described above are arranged in the outer region of the rotor. Three such rotor blade rings are shown here on three disk-shaped rotor parts. Corresponding blades of the housing are arranged on the same radial plane. Two such strator blade rings are shown here. The fluid flows through an inlet channel (D-27) of the housing in a tangential direction onto the first side wall of the rotor. The fluid is deflected several times as described above. The fluid leaves the housing through an outlet channel (E-27).

Die Ein- und Auslaßbereiche des Gehäuses sind hier nicht näher beschrieben. Ihre Gestaltung ist jedoch von außerordentlicher Bedeutung. Sie sollten nach den oben beschriebenen Prinzipien der Gestaltung des Einlaß­ bereiches von Turbinen gestaltet sein. Alle hier vorgestellten Bauvarianten dieser Tangentialturbine erfordern eine ringförmige Zuführung des Fluids mit starkem Drall in tangentialer Richtung zum Rotor. Bereits in der Rohrerfindung wie auch hier sind vielfältige Konstruktionselemente dargestellt, welche diese Strömungsform in optimaler Weise gewährleisten.The inlet and outlet areas of the housing are not described in detail here. However, their design is from of extraordinary importance. You should follow the principles of inlet design described above area designed by turbines. All of the construction variants of this tangential turbine presented here require an annular supply of the fluid with strong swirl in the tangential direction to the rotor. Already in the Pipe invention like here are shown various construction elements, which this flow form ensure in an optimal way.

Schematisch dargestellt ist hier nochmals die prinzipielle Bahn des Fluids durch eine solche Tangentialturbine. Das Fluid fließt durch diese Maschine mit einer axialen Bewegungskomponenten. Diese Bewegungsrichtung wird durch die Innenwandungen der Schaufeln bewirkt, welche in Bezug auf die radiale Ebene einen Winkel aufweisen. Das Fluid fließt zum andern in einer Kreisbahn bzw. elliptischen Bahn. Diese Bewegung wird durch die Umlenkungen am jeweiligen Schaufelboden bewirkt. Die Fläche aller Schaufelböden zeigen im Prinzip ein spiralig gewundenes Band. In Bild 27, links, zweite Darstellung von unten, ist dieses schematisch dargestellt. In einer tangentialen Sicht ist der Schaufelboden von innen (I-27) zu sehen, dann von außen (J-27), wiederum die Innenseite (K-27) und nachfolgend dessen Außenseite (L-27), insgesamt also zeigen die Schaufelböden also den Bahnverlauf eines spiralig gewundenen Bandes. Ein voller Kreisbogen dieses Bandes ist jedoch unterteilt in zwei Hälften, in die Schaufel des Rotor und die Schaufel des Rotors. Dazwischen befinden sich die Schaufel­ öffnungen, so daß anstelle des Kreises sich annähernd eine elliptische Form des Bahnverlaufes aller Schaufel­ böden ergibt. In Bild 27, unten links, ist dieses nochmals schematisch dargestellt. The basic path of the fluid through such a tangential turbine is shown here again schematically. The fluid flows through this machine with an axial motion component. This direction of movement is brought about by the inner walls of the blades, which have an angle with respect to the radial plane. The fluid flows to another in a circular or elliptical path. This movement is caused by the deflections on the respective blade base. In principle, the surface of all scoop bottoms shows a spirally wound band. This is shown schematically in Figure 27, left, second illustration from below. In a tangential view, the bucket bottom can be seen from the inside (I-27), then from the outside (J-27), again the inside (K-27) and subsequently the outside (L-27), so the bucket bottoms show overall the course of a spiral winding band. However, a full circular arc of this band is divided into two halves, the blade of the rotor and the blade of the rotor. In between are the blade openings, so that instead of the circle there is approximately an elliptical shape of the path of all blade bases. This is shown again schematically in Figure 27, bottom left.

Im schräg angestellten Schaufeleinlaß (M-27) wird das Fluid entgegen genommen und durch den Schaufel­ boden (N-27) umgelenkt, hier z. B. erfolgt die Umlenkung in die Zeichnungsebene hinein. Im Übergabebereich (0-27) erfolgt vorwiegend die Bewegung in axiale Richtung. Danach kann die erneute Umlenkung durch einen Schaufelboden (P-27) erfolgen, hier z. B. aus der Zeichnungsebene heraus. Die Fluidströmung durch diese Maschine stellt also kreisende Bewegungen dar, welche entlang des Mantels gedehnt sind und zusätzlich eine axiale Komponente aufweisen. Im Gegensatz zu nahezu allen bekannten Turbinenformen ist diese Bewegung eine fortgesetzt gleichsinnige Bewegung harmonischen Verlaufes. Dieses ist Voraussetzung dafür, daß auch innerhalb der Schaufeln wie zwischen Rotor und Gehäuse konstante Strömungsverhältnisse gegeben sind.The fluid is received in the inclined blade inlet (M-27) and through the blade floor (N-27) deflected, here z. B. is redirected into the plane of the drawing. In the transfer area (0-27) the movement mainly takes place in the axial direction. Then the redirection by a Bucket bottom (P-27) take place, here z. B. from the drawing level. The fluid flow through this So machine represents circular movements, which are stretched along the jacket and also one have axial component. This movement is in contrast to almost all known turbine shapes a continuous movement in the same direction of harmony. This is a prerequisite for that too within the blades as there are constant flow conditions between the rotor and the housing.

In Bild 28 sind andere Beispiele von konstruktiven Ausführungen dieser Tangentialturbine dargestellt, oben zunächst die einer Flußturbine. Es wird dabei ein Turbineneinlauf entsprechend Bild 10 unterstellt. Figure 28 shows other examples of constructive designs of this tangential turbine, above that of a river turbine. A turbine inlet according to Figure 10 is assumed.

In Bild 28, oben links, ist schematisch und beispielhaft ein Längsschnitt durch eine Flußturbine dargestellt. Wie oben ausgeführt sollte dabei das Wasser in parabolisch gekrümmten Kanälen (A-28) des Gehäuses (GE) dem Rotor (RO) zugeführt werden, welcher um seine Rotationsachse (RA) drehbar im Gehäuse gelagert ist. Entsprechend oben aufgestellten Kriterien, sollten bei einer im Prinzip tangentialen Anströmung zum Mantel des Rotors in den Schaufeln (B-28) das Wasser zunächst in axiale Richtung umgelenkt werden, danach in radiale Richtung. Wenn entsprechende Freifallhöhe gegeben ist, kann diese Umlenkung insgesamt rund 180 Grad betragen. Wenn diese Freifallhöhe nicht gegeben ist, muß das Wasser am Rotorauslaß noch eine Bewegung aufweisen, d. h. die Umlenkung wird dann beispielsweise insgesamt nur 135 Grad aufweisen.A longitudinal section through a river turbine is shown schematically and as an example in Figure 28, top left. As stated above, the water in parabolically curved channels (A-28) of the housing (GE) should be fed to the rotor (RO), which is rotatably mounted in the housing about its axis of rotation (RA). According to the criteria set out above, in the case of a flow, which is in principle tangential to the jacket of the rotor in the blades (B-28), the water should first be deflected in the axial direction, then in the radial direction. If there is a corresponding free fall height, this deflection can total around 180 degrees. If this free-fall height is not given, the water at the rotor outlet must still have a movement, ie the deflection will then only be 135 degrees, for example.

In Bild 28, oben rechts, ist schematisch und ausschnittsweise ein Querschnitt bzw. eine Draufsicht auf diese Flußturbine dargestellt. Wie oben dargestellt sollten im Gehäuse (GE) die Einlaßkanäle (D-28) auch aus dieser Sicht einen parabolischen Bahnverlauf aufweisen und das Wasser in nahezu tangentialer Richtung an den Mantel des Rotors heran führen. Das Wasser fließt durch einen Schaufeleinlaß (E-28) in den Rotor ein und wird in der Schaufeltasche (F-28) umgelenkt, jedoch um weniger als 180 Grad. Das Wasser fließt durch den Schaufelauslaß (G-28) nach innen aus dem Rotor ab. Die Geschwindigkeit des Wassers ist hier wesentlich reduziert gegenüber der Geschwindigkeit in tangentialer Richtung im Schaufeleinlaß, jedoch nicht auf null.In Figure 28, top right, a cross-section or a top view of this river turbine is shown schematically and in sections. As shown above, the inlet channels (D-28) in the housing (GE) should also have a parabolic path from this point of view and should lead the water to the jacket of the rotor in an almost tangential direction. The water flows into the rotor through a blade inlet (E-28) and is deflected in the blade pocket (F-28), but by less than 180 degrees. The water flows out of the rotor through the blade outlet (G-28). The speed of the water is significantly reduced here compared to the speed in the tangential direction in the blade inlet, but not to zero.

Es sei hervorgehoben, daß diese Tangentialturbine in Verbindung mit diesem Turbineneinlaufbereich ohne jegliches Leitwerk oder Leitbleche arbeitet. Alle bekannten Leitwerke richten mehr Schaden an als Nutzen. Es ist beispielsweise wesentlich sinnvoller, den Volumendurchsatz einer Wasserturbine ganz hinten zu regulieren.It should be emphasized that this tangential turbine in connection with this turbine inlet area without any tail unit or baffle works. All known tail units do more harm than good. It it is much more sensible, for example, to regulate the volume throughput of a water turbine at the very back.

Eine Regulierung in den Einlaufkanälen durch herkömmliche Schieber und Leitwerke darf keinesfalls erfolgen. In der Rohrerfindung dagegen wurden Leitwerke bzw. Drosselklappen vorgestellt, welche die Aufrecht­ erhaltung einer Drall- bzw. Potentialdrallströmung gewährleisten ohne schädliche Wirkung. Regulation in the inlet channels by conventional sliders and tail units is not permitted. In the pipe invention, on the other hand, tail units and throttle valves were introduced, which upright Maintain a swirl or potential swirl flow without harmful effects.  

Diese Gesichtspunkte gelten für den Bau eines Flußkraftwerkes, in verstärktem Maße noch für Speicher­ kraftwerke. Sobald Wasser in Rohren an einen Rotor heran geführt wird, muß die Strömung Drall aufweisen bzw. sollte Potentialdrallströmung darstellen. Die Steuerung des Volumendurchsatzes muß dabei wiederum ganz hinten erfolgen, dort wo das Wasser erstmals in den Bereich der Rohre einfließt. In der Rohrerfindung wurde ein Konstruktionselement Behälterauslauf bzw. Rohreinlauf detailliert beschrieben. Durch verstellbare Leitbleche am Gehäuse dieses Behälterauslaufes bzw. Rohreinlaufes kann der Volumendurchsatz ohne jeglichen Widerstand und ohne jeden schädlichen Einfluß optimal gesteuert werden.These considerations apply to the construction of a river power plant, and to an even greater extent to storage facilities power plants. As soon as water in pipes is brought up to a rotor, the flow must have swirl or should represent potential swirl flow. The control of the volume throughput must again at the very back, where the water flows into the area of the pipes for the first time. In pipe invention a construction element container outlet or pipe inlet was described in detail. Through adjustable The volume flow rate can be without baffles on the housing of this container outlet or pipe inlet any resistance and without any harmful influence can be optimally controlled.

In Bild 28, unten, ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser Tangentialturbine dargestellt. Das Fluid wird hier beispielsweise durch Gehäuseschnecken (H-28 bzw. I-28) des Gehäuses (GE) an den Mantel des Rotors (RO) herangeführt, bzw. durch entsprechende Gehäuseschnecken (J-28 bzw. K-28) wieder abgeleitet. Der Einlauf­ bereich der Turbine ist nach oben detailliert dargestellten Prinzipien zu realisieren. Die Darstellung hier ist keinesfalls maßstabsgerecht. In den Gehäuseschnecken muß prinzipiell eine Strömung mit starkem Drall gegeben sein, welche praktisch durch eine Düse extrem länglichen Querschnitts tangential an den Rotor heran geführt wird. Ebenso wird zweckmäßig sein, im Auslauf der Maschine eine Drallbewegung zu organisieren.Another example of this tangential turbine is shown in Figure 28, below. The fluid is brought here, for example, through housing screws (H-28 or I-28) of the housing (GE) to the casing of the rotor (RO), or is discharged again through corresponding housing screws (J-28 or K-28). The inlet area of the turbine can be realized according to the principles detailed above. The representation here is by no means true to scale. In principle, a flow with strong swirl must exist in the housing screws, which is practically brought tangentially to the rotor through a nozzle of extremely elongated cross section. It will also be useful to organize a swirl movement in the machine outlet.

Der Rotor ist im Gehäuse um seine Rotationsachse (RA) drehbar gelagert. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Schaufel am Mantel eines zylinderförmigen Rotors angeordnet. Das Fluid fließt durch den Schaufeleinlaß (L-28) in den Rotor ein und wird in der Schaufeltasche (M-28) um nahezu 180 umgelenkt. Das Fluid tritt durch den Schaufelauslaß (N-28) wiederum nahezu tangential aus dem Rotor aus. Hier ist schematisch dargestellt, daß dieser Prozeß wiederholt werden kann durch entsprechende Schaufeln des Gehäuses mit in entgegen gesetzter Richtung angeordnetem Schaufeleinlaß (0-28), Schaufeltasche (P-28) wie Schaufelauslaß (Q-28). Im Gegensatz zur entsprechenden Darstellung in Bild 26, rechts, mittig, sind hier die Schaufelöffnungen nicht parallel zur Rotationsachse ausgeführt. Das Fluid erfahrt damit eine stärkere Umlenkung zur axialen Richtung. Es wird damit praktisch eine Labyrinthdichtung zwischen Rotor und Gehäuse bzw. zwischen den einzelnen Prozeßabschnitten erreicht. Eine zusätzliche, berührungslose Dichtung an den Stegen mittig und seitlich an den Schaufeln könnte dennoch sinnvoll sein. Denn damit wird dieses Prinzip der wiederholten Umlenkung des Fluids um nahezu 180 Grad auch für den Einsatz als Gas- bzw. Dampfturbinen anwendbar.The rotor is rotatably mounted in the housing around its axis of rotation (RA). In this exemplary embodiment, the blade is arranged on the jacket of a cylindrical rotor. The fluid flows into the rotor through the blade inlet (L-28) and is deflected by almost 180 in the blade pocket (M-28). The fluid in turn exits the rotor almost tangentially through the blade outlet (N-28). Here it is shown schematically that this process can be repeated by correspondingly shoveling the housing with the shovel inlet (0-28) arranged in the opposite direction, shovel pocket (P-28) and shovel outlet (Q-28). In contrast to the corresponding illustration in Figure 26, right, center, the blade openings are not made parallel to the axis of rotation. The fluid experiences a greater deflection to the axial direction. A labyrinth seal between the rotor and housing or between the individual process sections is thus practically achieved. An additional, non-contact seal on the webs in the middle and on the side of the blades could still make sense. This makes this principle of repeated redirection of the fluid by almost 180 degrees also applicable for use as gas or steam turbines.

Die Schaufeln sind hier wiederum nur schematisch dargestellt und keinesfalls maßstabsgerecht. Real sind eine Vielzahl von Schaufeln am Umfang des Rotors anzubringen, z. B. entsprechend der Anzahl Schaufeln bekannter Gas- bzw. Dampfturbinen. Anstatt der im Prinzip zylinderförmigen Gestaltung des Rotors kann dieser auch eine im Prinzip konische Gestaltung aufweisen. Wie üblich kann diese Turbine einen Hochdruck- und einen Niederdruckteil aufweisen. Im jeweils nachfolgenden Prozeßabschnitt kann das Volumen der Schaufeln jeweils größer angelegt werden, so daß eine kontinuierliche Entsprannung des Gases bzw. Dampfes beim Durchlauf durch diese Turbine gegeben ist. The blades are again only shown schematically here and in no way to scale. Real are one Attach a variety of blades to the circumference of the rotor, e.g. B. according to the number of blades known gas or steam turbines. Instead of the basically cylindrical design of the rotor can this also have a conical design in principle. As usual, this turbine can handle a high pressure and have a low pressure part. The volume of the Blades are each created larger, so that a continuous relaxation of the gas or steam is given when passing through this turbine.  

Besondere VorteileSpecial advantages

Aufgrund theoretischer Überlegungen wurden hier prinzipielle Anforderungen zur optimalen Umsetzung der Energie eines Fluids in mechanische Energie aufgestellt. Durch die Gestaltung und Anordnung von Schaufeln nach den Konstruktionsprinzipien dieser Tangentialturbine werden diese Anforderungen vollkommen erfüllt.Based on theoretical considerations, basic requirements for the optimal implementation of the Energy of a fluid set up in mechanical energy. By designing and arranging blades According to the design principles of this tangential turbine, these requirements are completely met.

Das Fluid wird zwischen Rotor und Gehäuse stets nur nahezu in tangentialer Richtung übergeben. Durch relativ kleine Querschnittsflächen der einzelnen Fluidstrahle wird die Energie eines Großteils aller Fluidteile möglichst unmittelbar an Teile des Rotors abgeben. Die Schaufeln weisen keinerlei Sogseite auf. Die Kraft wird ausschließlich per Druck übertragen. Auf der Innenseite der Umlenkung fließt stets Fluid nach bzw. ab. Es sind stets kontinuierliche Strömungen gegeben. Es ist damit ein ständiger Kraftschluß gegeben. Die Umlenkung erfolgt stets mit etwa 180 Grad. Die Kraftkomponente weist ausschließlich in tangentiale Richtung. Das Fluid kann während der Umlenkung in den Schaufeltaschen niemals seitlich ausweichen. Die besonders effektive Technik bekannter Freistrahlturbinen wird dadurch nochmals verbessert. Der Prozeß der Energieumsetzung kann durch einmalige Umlenkung erfolgen. Ein solcher Prozeßabschnitt ist jedoch auch wiederholbar. Damit wird diese effektive Technik der Umlenkung um nahezu 180 Grad auch bei Gas- und Dampfturbinen einsetz­ bar. Das Fluid weist während des Durchsatzes durch die Turbine stets gleichsinnige Bewegungsabläufe auf Damit sind konstante Strömungsverhältnisse durch die gesamte Turbine gegeben, selbst bei unterschiedlichem Volumendurchsatz. Die Gestaltung von Turbinenschaufeln erfordert enormen Aufwand bei der Konstruktion, beim Bau und durch die erforderlichen praktischen Versuche. Trotz aller Theorie sind Erfahrungswerte oftmals entscheidend. Mit vorstehenden theoretischen Überlegungen wie den daraus abgeleiteten Konstruktions­ prinzipien sind neue Gesichtspunkte für Turbinen großen Wirkungsgrades und großer Einsatzbreite gegeben.The fluid is only passed between the rotor and the housing almost in the tangential direction. By relatively small cross-sectional areas of the individual fluid jets becomes the energy of a large part of all fluid parts Deliver as directly as possible to parts of the rotor. The blades have no suction side. The force will transmitted only by print. Fluid always flows in or out on the inside of the deflection. There are always given continuous currents. There is therefore a constant adhesion. The redirection always takes place at about 180 degrees. The force component points exclusively in the tangential direction. The fluid can never move sideways in the shovel pockets during deflection. The particularly effective Technology of known free jet turbines is further improved as a result. The process of energy conversion can be done by a single redirection. However, such a process section can also be repeated. In order to this effective technology of deflection by almost 180 degrees will also be used in gas and steam turbines bar. The fluid always has the same sense of motion during the throughput through the turbine This ensures constant flow conditions through the entire turbine, even with different ones Volume flow. The design of turbine blades requires enormous effort in the construction, during construction and through the necessary practical tests. Despite all theory, empirical values are often crucial. With the above theoretical considerations such as the construction derived from it principles are new aspects for turbines with high efficiency and wide range of applications.

3.21. Axialturbine3.21. Axial turbine Funktionfunction

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, die kinetische Energie bzw. die Druckenergie eines Fluids in mechanische Drehbewegung zu überführen, wobei die Fluidströmung prinzipiell axial ist.This construction element is suitable for the kinetic energy or the pressure energy of a fluid to transfer mechanical rotary movement, the fluid flow being in principle axial.

KonstruktionsprinzipienConstruction principles

Die in diese Axialturbine einfließende Fluidströmung sollte vorzugsweise Drall aufweisen. Das Fluid sollte die Axialturbine in einem ringförmigen Kanal des Gehäuses vorzugsweise in tangentialer Richtung anströmen. Hinten ist zunächst durch entsprechende Umlenkung der Drall aufzurichten, so daß in Kanälen des Rotors nurmehr eine Fluidströmung parallel zur Rotationsachse, also in axiale Richtung gegeben ist. Diese Rotor­ kanäle sind so geformt, daß ein Drall gebildet wird, wodurch ein Drehimpuls im Drehsinn des Rotors sich ergibt. Dieser Drall wird dann wieder aufgestellt, wobei Druck lediglich in radialer Richtung entsteht, also nur auf die Rotationsachse gegeben ist. Nach Aufstellen des Dralls ist die prinzipielle Richtung des Fluidstroms wieder parallel zur Rotationsachse. Dieser Prozeß kann also wiederholt werden. The fluid flow flowing into this axial turbine should preferably have swirl. The fluid should be the Axial turbine preferably flow in an annular channel of the housing in the tangential direction. At the rear, the swirl is to be straightened first by appropriate deflection, so that in channels of the rotor there is only one fluid flow parallel to the axis of rotation, that is to say in the axial direction. This rotor Channels are shaped so that a swirl is formed, causing an angular momentum in the direction of rotation of the rotor results. This swirl is then set up again, pressure being generated only in the radial direction, ie only is given on the axis of rotation. After setting up the swirl is the basic direction of the fluid flow again parallel to the axis of rotation. This process can therefore be repeated.  

Die Fluidmasse wird dabei von hinten nach vorn schrittweise gegen den Drehsinn des Rotors verlagert. Entsprechend ist ein Impuls im Drehsinn des Rotors gegeben. Vorn in der Axialturbine kann der Fluidstrom an der Vorderwand des Rotors parallel zur Rotationsachse nach außen abgeführt werden oder der Fluidstrom kann vorn vollkommen gegen den Drehsinn umgelenkt werden und nach außen tangential abgeführt werden.The fluid mass is gradually shifted from the back to the front against the direction of rotation of the rotor. Accordingly, an impulse is given in the direction of rotation of the rotor. The fluid flow can start in the front of the axial turbine the front wall of the rotor can be discharged to the outside parallel to the axis of rotation or the fluid flow can completely redirected against the direction of rotation at the front and discharged tangentially to the outside.

Konstruktive AusführungConstructional execution

In Bild 29, oben links, sind schematisch drei prinzipielle Möglichkeiten zur Umlenkung eines Fluidstroms in einem Rotor dargestellt. In einer Freistrahlturbine wird z. B. der Fluidstrom (A-29) im Rotor durch ent­ sprechend geformte Schaufeln (B-29) um nahezu 180 Grad umgelenkt. Der Rotor (RO) erreicht dabei nahezu die Hälfte der Geschwindigkeit des einströmenden Fluidstrahls. Nach hinten tritt der Fluidstrahl (C-29) mit etwa noch halb so großer Geschwindigkeit aus. Rotorgeschwindigkeit und restliche Fluidgeschindigkeit heben sich auf, der "Freistrahl" fällt nurmehr von der Maschine. Nicht bei allen Fluiden kann deren Energie in einem einzigen Umsetzungsprozeß ausreichend genutzt werden. Oder es wird z. B. bei Strahltriebwerken vorn eine verbleibende Strömung parallel zur Rotationsachse gewünscht. Dann kann hinten in der Turbine nur eine Umlenkung von maximal 90 Grad erfolgen. Figure 29, top left, shows three basic options for redirecting a fluid flow in a rotor. In a free jet turbine, for. B. the fluid flow (A-29) in the rotor by accordingly shaped blades (B-29) deflected by almost 180 degrees. The rotor (RO) reaches almost half the speed of the incoming fluid jet. The fluid jet (C-29) emerges to the rear at about half the speed. The rotor speed and the remaining fluid speed cancel each other out, the "free jet" only falls from the machine. Not all fluids can use their energy sufficiently in a single conversion process. Or z. B. in jet engines in front a remaining flow parallel to the axis of rotation is desired. Then only a maximum of 90 degrees can be deflected in the back of the turbine.

In Bild 29, obere Darstellungszeile, mittig, ist schematisch ein Ausschnitt eines Querschnitts dargestellt. Um die Rotationsachse (RA) dreht sich ein Rotor (RO) im Uhrzeigersinn. Durch das Gehäuse (GE) wird ein Fluidstrom (D-29) tangential zum Rotor geführt. In Kanälen (E-29) des Rotors wird diese Strömung parallel zur Rotationsachse umgelenkt. In Bild 29, obere Darstellungszeile, rechts, ist schematisch dargestellt, daß diese Umlenkung bei gleicher Querschnittsfläche, also nur per Druck, erfolgen sollte.In Fig. 29, top display line, in the middle, a section of a cross-section is shown schematically. A rotor (RO) rotates clockwise around the axis of rotation (RA). A fluid flow (D-29) is guided tangentially to the rotor through the housing (GE). In channels (E-29) of the rotor, this flow is deflected parallel to the axis of rotation. In Figure 29, top line of illustration, on the right, it is shown schematically that this deflection should take place with the same cross-sectional area, i.e. only by pressure.

Wenn die Fluidströmung an der hinteren Stirnseite des Rotors schräg anströmt, kann nur eine entsprechend geringe Umlenkung erfolgen, die Abstände zwischen den Rotorkanälen sind relativ gering. Wenn die Fluid­ strömung am Mantel des Rotors tangential anströmt, kann eine Umlenkung um 90 Grad erfolgen, die Abstände zwischen den Rotorkanälen sind dann relativ groß. Die Fluidströmung kann den Rotor in diesen beiden Möglichkeiten anströmen oder in einer Kombination beider Möglichkeiten. In jedem Fall sollte bei dieser Axialturbine nach entsprechender Umlenkung des Fluidstroms eine restliche Strömung in Rotorkanälen parallel zur Rotationsachse gegeben sein.If the fluid flow flows obliquely at the rear end of the rotor, only one can do so there is little deflection, the distances between the rotor channels are relatively small. If the fluid flow flows tangentially on the jacket of the rotor, a deflection of 90 degrees can occur, the distances between the rotor channels are then relatively large. The fluid flow can be the rotor in these two Opportunities flow or in a combination of both possibilities. In any case, this should Axial turbine after a corresponding deflection of the fluid flow, a remaining flow in rotor channels be given parallel to the axis of rotation.

In Bild 29, mittlere Darstellungszeile, links, sind wesentliche Prinzipien dieser Axialturbine schematisch dargestellt. Auf einer Rotationsachse (RA) soll ein Rotor (RO) sich im Uhrzeigersinn drehen. Als gedankliche Basis dient folgendes: in einem Rohr (F-29) des Rotors soll eine Fluidströmung parallel zur Rotationsachse geführt werden. In diesem Rohr sollen Leitbleche so angebracht sein, daß sie einen Drall gegen den Uhrzeigersinn bewirken. Das Fluid erfährt dadurch ein Anwachsen seiner kinetischen Energie, während auf die Leitbleche ein entsprechender Druck ausgeübt wird. Dieser Druck auf die Teile der Leitbleche außerhalb der Rohrlängsachse ergeben einen Drehimpuls auf den Rotor in dessen Drehsinn. Dieser Bereich ist durch die dicke gestrichelte Bogenlinie gekennzeichnet. Dieser Druck auf die Teile der Leitbleche innerhalb der Rohr­ längsachse bewirken dagegen einen Drehimpuls auf den Rotor gegen dessen Drehsinn. Dieser Bereich ist durch die dünne gestrichelte Bogenlinie gekennzeichnet. Es macht also Sinn, in einem Rohr des Rotors einen Drall zu erzeugen, allerdings nur außerhalb der Drall-Drehachse.The main principles of this axial turbine are shown schematically in Figure 29, middle line on the left. A rotor (RO) is supposed to turn clockwise on a rotation axis (RA). The following serves as a theoretical basis: In a tube (F-29) of the rotor, a fluid flow is to be guided parallel to the axis of rotation. Baffles should be installed in this tube in such a way that they cause an anti-clockwise swirl. The fluid experiences an increase in its kinetic energy, while a corresponding pressure is exerted on the guide plates. This pressure on the parts of the guide plates outside the longitudinal axis of the tube results in an angular momentum on the rotor in its direction of rotation. This area is identified by the thick dashed arc line. This pressure on the parts of the baffles within the tube longitudinal axis, however, cause an angular momentum on the rotor against its direction of rotation. This area is identified by the thin dashed arc line. It therefore makes sense to create a swirl in a tube of the rotor, but only outside the swirl axis of rotation.

Wenn der Drall wieder aufgestellt werden soll, so sind die Kraftwirkungen umgekehrt. Die Kraftwirkung ist nur neutral, wenn der Drall durch ein Leitblech mit tangentialer Ausrichtung aufgestellt wird. Nur dann wirkt der Druck des Fluids in radiale Richtung, also ohne Auswirkung auf den Drehsinn des Rotors. Es macht also nur Sinn, einen Drall im äußeren Bereich obigen Rohres (F-29) zu bilden und diesen wieder aufzustellen, wenn seine Bewegungsrichtung zur Rotationsachse weist. Diese Drallbewegung darf sich damit auch nur auf Teil­ flächen dieses äußeren Bereiches obigen Rohres beziehen. Diese ist also die gedankliche Ausgangsbasis.If the twist is to be set up again, the force effects are reversed. The force effect is only neutral if the swirl is set up by a guide plate with tangential alignment. Only then works the pressure of the fluid in the radial direction, i.e. without affecting the direction of rotation of the rotor. So it does it only makes sense to form a twist in the outer area of the above tube (F-29) and set it up again if its direction of movement points to the axis of rotation. This swirl movement may only be partially Cover areas of this outer area of the above pipe. So this is the mental starting point.

Aus einem prinzipiell ringförmigen Einlaufbereich des Gehäuses wird das Fluid an den Rotor übergeben und fließt dort in Rotorkanäle ein, deren Querschnittsfläche zunächst im Prinzip die Form von Ringsegmenten (G-29) aufweist. Dieser Querschnitt könnte in einen quadratischen Querschnitt überführt werden. Wenn ein Rotorkanal quadratischen Querschnitts um obige Drall-Drehachse (H-29) gewendelt wird, bildet er für diese Teilfläche eine entsprechende Drallbahn ab. Der Rotorkanal wird also nicht um seine Mittelachse gewendelt, die Drall-Drehachse befindet sich vielmehr an der zunächst gegen den Drehsinn des Rotors weisenden Ecke des quadratischen Querschnitts. Eine Wendelung mit einer Drehachse außerhalb der Mitte der jeweiligen Querschnittsfläche wird im folgenden "asymmetrische Wendelung" genannt. Der Rotorkanal kann obigen quadratischen Querschnitt aufweisen oder beispielsweise auch einen Querschnitt in rechteckiger Form (I-29) oder einen runden Querschnitt (J-29) oder anderer Form aufweisen. Der Querschnitt aber stets eine Teilfläche des äußeren Bereiches obigen Rohres (F-29) darstellen.The fluid is transferred to the rotor from a basically annular inlet area of the housing flows there into rotor channels, the cross-sectional area of which is basically the shape of ring segments (G-29). This cross section could be converted into a square cross section. When a If the rotor channel has a square cross section and is wound around the above twist rotation axis (H-29), it forms for this Part of a corresponding swirl path. So the rotor channel is not wound around its central axis, the swirl axis of rotation is rather at the corner that initially points against the direction of rotation of the rotor of the square cross section. A spiral with an axis of rotation outside the center of each The cross-sectional area is called "asymmetrical winding" in the following. The rotor channel can do the above have a square cross section or, for example, a cross section in a rectangular shape (I-29) or have a round cross-section (J-29) or other shape. The cross-section is always a partial area the outer area of the above tube (F-29).

Bei J-29 ist ein Rotorkanal runden Querschnitts in verschiedenen Situationen von hinten nach vorn schematisch dargestellt. Der Rotorkanal ist gewendelt um eine Drehachse gegen den Drehsinn des Rotors um etwas mehr als 180 Grad. Diese Bewegung wird im folgenden eine "Wendelphase" genannt. Am Anfang wie am Ende einer Wendelphase ist die Fluidströmung im Prinzip parallel zur Rotationsachse.At J-29, a round cross-section rotor channel is schematic in different situations from back to front shown. The rotor channel is coiled around an axis of rotation against the direction of rotation of the rotor by a little more than 180 degrees. This movement is called a "spiral phase" in the following. In the beginning as in the end one In spiral phase, the fluid flow is in principle parallel to the axis of rotation.

Nach jeder Wendelphase kann darum eine neue Wendelphase angefügt werden. Dabei verlagert sich der Dreh­ punkt der asymmetrischen Wendelung gegen den Drehsinn des Rotors (von I-29 nach K-29). Die Fluidmasse wird damit in etwa halbkreisförmigen, jeweils nach außen gerichteten Bahnabschnitten gegen den Drehsinn des Rotors verlagert. Entsprechend erfährt der Rotor einen Impuls in seinem Drehsinn.A new spiral phase can therefore be added after each spiral phase. The shift is shifting point of asymmetrical winding against the direction of rotation of the rotor (from I-29 to K-29). The fluid mass is thus approximately semicircular, each outward path sections against the direction of rotation of the rotor. Accordingly, the rotor experiences an impulse in its direction of rotation.

In Bild 29, mittlere Darstellungszeile, rechts, ist schematisch dargestellt, in welche Richtungen die Kräfte wirksam werden. Um die Rotationsachse (RO) dreht sich der Rotor (RO) im Uhrzeigersinn. Ein Rotorkanal (L-29) weist hier beispielsweise quadratischen Querschnitt auf. Nach einer asymmetrische Wendelung (M-29) stellen alle Wandungen dieses Rotorkanals gekrümmte Flächen dar. Die Fluidströmung von hinten nach vorn ist prinzipiell parallel zur Rotationsachse, fließt hier also von der Situation L-29 zur Situation M-29. Figure 29, middle line on the right, shows schematically the directions in which the forces act. The rotor (RO) rotates clockwise around the axis of rotation (RO). A rotor channel (L-29) has, for example, a square cross section. After an asymmetrical spiral (M-29), all walls of this rotor channel are curved surfaces. The fluid flow from the back to the front is basically parallel to the axis of rotation, so it flows from situation L-29 to situation M-29.

Das Fluid wird dabei durch die nach unten weisende Wandungsfläche und die nach innen weisende Wandungs­ fläche nach oben und außen abgelenkt durch Sogwirkung. Entsprechend gibt es eine Gegenkraft, indem das Fluid diese Wandungsflächen dabei nach unten und innen saugt. Damit ergibt sich eine Kraftkomponente im Drehsinn des Rotors.The fluid is through the downward-facing wall surface and the inward-facing wall Surface deflected upwards and outwards by suction. Accordingly, there is a counterforce in that Fluid sucks these wall surfaces downwards and inwards. This results in a force component in the Direction of rotation of the rotor.

Wesentlicher sind die Druckwirkungen aus dieser Umlenkung des Fluidstromes. Das Fluid wird durch die nach unten weisende Wandungsfläche und die nach außen weisende Wandungsfläche nach oben und weiter außen abgelenkt. Der entsprechende Gegendruck des Fluids auf diese Flächen weist nach unten und innen, womit sich ebenfalls eine Kraftkomponente im Drehsinn des Rotors ergibt.The pressure effects from this deflection of the fluid flow are more important. The fluid is flowing through the bottom wall surface and the outward wall surface upwards and further out distracted. The corresponding back pressure of the fluid on these surfaces points downwards and inwards, which means also gives a force component in the direction of rotation of the rotor.

Die Wirkung der Sogseiten ist wesentlich geringer als die der Druckseiten, da die Querschnittsfläche im Prinzip konstant bleibt. Die Umlenkung des Fluids erfolgt an der Druckseite der Rotorkanäle, die entsprechend zurückweichenden Sogseiten geben diesem Richtungswechsel lediglich Raum.The effect of the suction sides is considerably less than that of the pressure sides, since the cross-sectional area in the Principle remains constant. The deflection of the fluid takes place on the pressure side of the rotor channels, which accordingly receding suction sides only give room for this change of direction.

In Bild 29, unten, rechts, ist schematisch dargestellt, in welche Richtung die Kraftkomponenten während einer Wendelphase wirken. Anstelle obiger Querschnittsflächen sind hier einige Radien um die Drall-Drehachse (N-29) eingezeichnet, auf welchen sich die Mittelpunkte eines Rotorkanals während der asymmetrischen Wendelung befinden. Die Pfeile weisen jeweils in Richtung des Gegendrucks des Fluids aufgrund dessen Umlenkung durch die gekrümmten Wandungen des Rotorkanales. Bei jedem Kraftwirkungspfeil ist der zugehörige, wirksame Radius zur Rotationsachse (RA) des Rotors (RO) eingezeichnet. Während der gesamten Wendelphase ist stets eine Kraftkomponente im Drehsinn des Rotors gegeben. Lediglich ganz zum Ende der Wendelphase (0-29, analog zum Aufstellen obigen Dralls im Rohr F-29) wechselt die Richtung des Fluid­ drucks abrupt um 180 Grad und weist nun in radiale Richtung. Figure 29, bottom, right, shows the direction in which the force components act during a spiral phase. Instead of the above cross-sectional areas, here some radii are drawn around the swirl axis of rotation (N-29), on which the center points of a rotor channel are located during the asymmetrical winding. The arrows point in the direction of the back pressure of the fluid due to its deflection through the curved walls of the rotor channel. The corresponding effective radius to the axis of rotation (RA) of the rotor (RO) is shown for each force action arrow. There is always a force component in the direction of rotation of the rotor throughout the entire spiral phase. Only at the very end of the spiral phase (0-29, analogous to the above twist in tube F-29) does the direction of the fluid pressure change abruptly by 180 degrees and now points in the radial direction.

Der Rotorkanal bildet also eine Bahn des Bildens und Aufstellens einer Drallströmung ab. Das Fluid wird darin ständig umgelenkt. Diese Umlenkungen bewirken stets ein positives Drehmoment in Bezug auf den Drehsinn des Rotors. Die Umlenkung am Ende der Wendelphase dagegen bewirkt einen Druck senkrecht auf die Rotationsachse, ist also in Bezug auf den Drehsinn des Rotors neutral. Nach diesem abrupten Aufstellen des Dralls kann eine neue Wendelphase eingeleitet werden.The rotor channel thus represents a path of forming and setting up a swirl flow. The fluid is in it constantly redirected. These deflections always produce a positive torque in relation to the direction of rotation of the rotor. The deflection at the end of the spiral phase, however, causes a pressure perpendicular to the Rotation axis, is therefore neutral with respect to the direction of rotation of the rotor. After this abrupt installation of the A new spiral phase can be initiated.

Zur Wiederholung eines Prozeßabschnittes ist hier also kein Umlenkung durch einen Strator bzw. Gehäuseteil erforderlich. Die Umlenkung des Fluidstroms zurück in die ursprüngliche Bewegungsrichtung erfolgt hier per Druck gegen die Rotationsachse. Das Fluid muß dabei auch nicht vom Rotor in das Gehäuse überführt werden, sondern verbleibt bei dieser Umlenkung im Rotor. There is therefore no redirection by a strator or housing part for repeating a process section required. The deflection of the fluid flow back into the original direction of movement takes place here by Pressure against the axis of rotation. The fluid does not have to be transferred from the rotor into the housing, but remains in the rotor during this deflection.  

In Bild 29, unten, links, ist schematisch dargestellt, wie sich während der asymmetrischen Wendelung der Masse-Mittelpunkt (P-29) nach außen (Q-29) verlagert. Die außen höhere Bahngeschwindigkeit wird dabei durch die Wendelung gegen den Drehsinn des Rotors mehr als kompensiert. In der ersten Hälfte der Wendel­ ung verliert das Fluid an Geschwindigkeit im Drehsinn des Rotors, in der zweiten Hälfte der Wendelung kehrt das Fluid zurück zu seiner ursprünglichen Geschwindigkeit im Drehsinn des Rotors wie parallel zur Rotations­ achse. Der Gesichtspunkt unterschiedlicher Bahngeschwindigkeiten muß bei der Gestaltung der Wendelung berücksichtigt werden, ist aber hinsichtlich des Drehmomentes insgesamt ohne Bedeutung. Figure 29, bottom left, shows schematically how the center of mass (P-29) shifts outwards (Q-29) during the asymmetrical winding. The higher path speed on the outside is more than compensated for by turning against the direction of rotation of the rotor. In the first half of the turn, the fluid loses speed in the direction of rotation of the rotor, in the second half of the turn the fluid returns to its original speed in the direction of rotation of the rotor, as parallel to the axis of rotation. The aspect of different path speeds must be taken into account when designing the spiral, but is of no importance with regard to the torque as a whole.

Die radiale Komponente dieser Bewegung von innen nach außen ergibt ein Abbremsen der Rotordrehung, die von außen nach innen eine entsprechende Beschleunigung. Allein wirksam ist die tangentiale Komponente des Bewegungsablaufes. Bei dieser wird das Fluid gegen den Drehsinn des Rotors verlagert. Dies erfolgt z. B. auch bei obigen angeführten Freistrahlturbine. Dort allerdings ist die restliche Strömung nicht weiter verwertbar. Die asymmetrische Wendelung dagegen verbindet diese tangentiale Bewegungskomponente mit einer Bewegung parallel zur Rotationsachse. Dadurch ergibt sich stets erneut die Ausgangssituation, kann der Prozeß in kontrollierter Weise wiederholt werden. Der Bewegungsablauf besteht aus einer harmonischen Ausbildung einer Drallbahnbewegung, gefolgt von einer abrupten Richtungsänderung bei Beendigung der Wendelphase. Diese abrupte Richtungsänderung kann jedoch durch diverse Maßnahmen harmonischer gestalten werden.The radial component of this movement from the inside out results in a braking of the rotor rotation that a corresponding acceleration from the outside in. The tangential component of the Movement. In this, the fluid is shifted against the direction of rotation of the rotor. This is done e.g. Belly in the above-mentioned free jet turbine. There, however, the rest of the flow is no longer usable. The asymmetrical spiral, on the other hand, connects this tangential component of motion with one Movement parallel to the axis of rotation. As a result, the starting situation always arises again, the process can repeated in a controlled manner. The sequence of movements consists of a harmonious training a swirl path movement, followed by an abrupt change of direction when the spiral phase ends. However, this abrupt change of direction can be made more harmonious by various measures.

In Bild 30, oben, links, ist dazu beispielsweise ein Rotorkanal mit prinzipiell rechteckigem Querschnitt darge­ stellt, allerdings mit gerundeten Enden und mit einer im Verlauf der Wendelphase sich krümmenden Längs­ achse. In dieser Zeichnung soll sich der Rotor von oben nach unten bewegen, der Rotormantel ist vereinfacht als Gerade gezeichnet, die Fluidströmung verläuft von hinten nach vorn, hier in die Zeichnungsebene hinein, der Rotorkanal (B-30) ist von unten nach oben gewendelt um eine Drehachse im Bereich von A-30. Die Fluid­ strömung wird am unteren Ende des Rotorkanals nach außen (hier also nach rechts) umgelenkt, die entsprech­ ende Seite des Gegendrucks ist als dicke Linie gezeichnet. Mit der weiteren Wendelung wird diese Druckseite breiter und damit effektiver. In der Mitte der Wendelphase ist die Rotorkanal-Längsachse eine Gerade, um dort ein größtmögliches Drehmoment zu erreichen. Bei weiterer Wendelung eilt der innere Teil des Rotorkanals der Drehung voraus, während der äußere, am längeren Hebel wirksame Teil langsamer dreht. Während dieses äußere Ende des Rotorkanals noch eine wirksame Druckseite aufweist, ist das innere Ende bereits in tangentiale Richtung eingeschwenkt. Damit verbunden ist der Beginn einer neuen Wendelphase, wobei die Drehachse sich von A-30 in den Bereich von C-30 verlagert und der Rotorkanal (nun als D-30 bezeichnet) erneut oben beschriebenen Verlauf aufweist. Damit ist ein gleitendes Beginnen und Enden der einzelnen Wendelphasen gegeben.In Figure 30, top, left, there is for example a rotor channel with a basically rectangular cross-section, but with rounded ends and a longitudinal axis that curves in the course of the spiral phase. In this drawing, the rotor is supposed to move from top to bottom, the rotor casing is drawn in a simplified line, the fluid flow runs from back to front, here into the plane of the drawing, the rotor channel (B-30) is coiled from bottom to top Axis of rotation in the range of A-30. The fluid flow at the lower end of the rotor channel is redirected to the outside (here to the right), the corresponding side of the counter pressure is drawn as a thick line. With the further winding, this printed page becomes wider and therefore more effective. In the middle of the spiral phase, the rotor channel longitudinal axis is a straight line in order to achieve the greatest possible torque there. With further winding, the inner part of the rotor channel leads the rotation, while the outer part, acting on the longer lever, rotates more slowly. While this outer end of the rotor channel still has an effective pressure side, the inner end is already pivoted in the tangential direction. This is associated with the beginning of a new spiral phase, with the axis of rotation shifting from A-30 to the area of C-30 and the rotor channel (now referred to as D-30) again having the course described above. This ensures that the individual spiral phases begin and end smoothly.

In Bild 30, oben, mittig, ist eine entsprechende Darstellung, hier beispielsweise ein Rotorkanal runden Querschnitts dargestellt. Die eingezeichnete Kurve zeigt die Masse-Mittelpunkte, welche durchaus harmonischen Verlauf aufweisen. Als dicke Linien ist die Druckseite der jeweiligen Situation gezeichnet, welche von innen nach außen und wieder zurück schwenkt. Trotz relativ rundem Übergang vom Ende zum Anfang einer Wendelphase, springt die Druckseite dort sehr rasch in die neutrale, radiale Richtung.A corresponding illustration, for example a rotor channel with a round cross-section, is shown in Figure 30, top, center. The curve drawn shows the mass centers, which have a perfectly harmonic course. The pressure side of the respective situation is drawn as thick lines, which swings outwards and back again. Despite the relatively smooth transition from the end to the beginning of a spiral phase, the pressure side jumps very quickly in the neutral, radial direction.

Das Fließen von Fluid in einem Rohr bzw. Kanal ist mit Reibung verbunden. Diese ist erforderlich, um hier z. B. auf den Druckseiten der Kanäle ein Drehmoment zu bewirken. Unproduktive Reibung kann reduziert werden, indem das Fluid nicht nur in Richtung der Längsachse sondern auch mit Drall fließt. In Bild 30, oben, rechts bei E-30, ist schematisch dargestellt, wie sich die Strömung z. B. innerhalb eines runden Rotorkanal dieser Axialturbine ausbilden wird. Innen, im Bild links, ist die Bahngeschwindigkeit, im Bild nach unten, geringer als außen. Außen jedoch erfolgt die Wendelbewegung gegen den Drehsinn des Rotors. Fluidteile innen haben also insgesamt eine höhere Geschwindigkeit im Drehsinn des Rotors als Fluidteile außen. Innerhalb eines Rotorkanals runden Querschnitts (aber auch anderer Querschnitte) wird sich also ein Drall gegen den Drehsinn des Rotors ausbilden. Die Strömung des Fluids in diesen Rotorkanälen wird also keinesfalls eine optimale Potentialdrallströmung sein können. Aber es wird stets eine Strömung mit Drall gegeben sein. Diese reduziert die Reibung im Rotorkanal wesentlich und eine Strömung mit Drall reduziert die Verluste bei Umlenkung eines Fluidstroms entscheidend.The flow of fluid in a pipe or channel is associated with friction. This is necessary to z. B. to cause a torque on the pressure sides of the channels. Unproductive friction can be reduced by not only flowing the fluid in the direction of the longitudinal axis but also with swirl. Figure 30, top right at E-30, shows schematically how the flow z. B. will form within a round rotor channel of this axial turbine. Inside, in the picture on the left, the web speed, in the picture down, is lower than outside. Outside, however, the spiral movement takes place against the direction of rotation of the rotor. Fluid parts inside therefore have a higher overall speed in the direction of rotation of the rotor than fluid parts outside. Within a rotor channel with a round cross-section (but also other cross-sections), a twist against the direction of rotation of the rotor will form. The flow of the fluid in these rotor channels will therefore in no way be an optimal potential swirl flow. But there will always be a swirling flow. This significantly reduces the friction in the rotor channel and a flow with swirl significantly reduces the losses when a fluid flow is deflected.

In Bild 30, mittlere Darstellungszeile, ist schematisch ein Ausschnitt eines Rotormantels bzw. der Blick in Richtung auf die Rotationsachse und es sind in verschiedenen Abschnitten unterschiedliche Sachverhalte dargestellt. Der Rotor (RO) bewegt sich dabei von oben nach unten. Im Abschnitt (F-30) links, dem hinteren Bereich dieser Axialturbine mit dem Einlaufbereich, steht entweder eine Fluidströmung (J-30) in tangentialer Richtung an oder die Fluidströmung (K-30) weist bereits eine Bewegungskomponente parallel zur Rotations­ achse auf. In jedem Fall wird zunächst der Drall dieser Bewegung aufgestellt, so daß nurmehr Bewegung (L-30) parallel zur Rotationsachse gegeben ist. Danach folgen Abschnitte verschiedener Wendelphasen. Figure 30, middle line of the illustration, schematically shows a section of a rotor shell or the view in the direction of the axis of rotation and different situations are shown in different sections. The rotor (RO) moves from top to bottom. In section (F-30) on the left, the rear area of this axial turbine with the inlet area, there is either a fluid flow (J-30) in the tangential direction or the fluid flow (K-30) already has a movement component parallel to the axis of rotation. In any case, the twist of this movement is first set up, so that there is only movement (L-30) parallel to the axis of rotation. This is followed by sections of different spiral phases.

Bei G-30 ist zunächst beispielhafte eine Kurve dargestellt, welche den Bahnverlauf des Querschnittsmittel­ punktes eines Rotorkanals aufzeigt. Der erste Teil der Wendelphase (M-30) mit der Bildung des Drallbahn­ verlaufes wird dabei länger ausgeprägt sein, während der zweite Teil der Wendelphase (N-30) mit dem Aufstellen dieses Dralls auf kürzerer Distanz statt findet. Eine anschließende zweite Wendelphase ist hier eingezeichnet.At G-30, a curve is initially shown as an example, which shows the path of the cross-sectional mean point of a rotor channel. The first part of the spiral phase (M-30) with the formation of the swirl path course will be longer, while the second part of the spiral phase (N-30) with the Setting up this twist at a shorter distance takes place. A subsequent second spiral phase is here drawn.

In einem weiteren Abschnitt (H-30) ist die Abwicklung eines länglichen Rotorkanals wie beispielsweise in Bild 30, oben links, schematisch dargestellt. Das zunächst gegen den Drehsinn des Rotors weisende Ende (O-30) des Rotorkanals stellt die Drall-Drehachse dar und bleibt darum zunächst im Prinzip parallel zur Rotations­ achse. Das zunächst in Richtung des Drehsinns des Rotors weisende Ende (P-30) des Rotorkanals schwenkt nach außen (hier aus der Zeichnungsebene heraus) und bildet damit eine Drallbahn ab. Noch bevor dieser Drall wieder aufgestellt ist, beginnt das nun in Richtung des Drehsinns des Rotors weisende Ende seine Wendel­ phase. Die schrägen Hilfslinien zeigen an, daß sich damit beide Wendelphasen überlappen. Another section (H-30) shows the development of an elongated rotor channel as shown in Figure 30, top left, schematically. The end (O-30) of the rotor channel that initially points against the direction of rotation of the rotor represents the swirl axis of rotation and therefore initially remains parallel to the axis of rotation in principle. The end (P-30) of the rotor channel, which initially points in the direction of rotation of the rotor, swivels outward (here from the plane of the drawing) and thus forms a swirl path. Even before this swirl is set up again, the end that now points in the direction of rotation of the rotor begins its spiral phase. The sloping auxiliary lines indicate that both spiral phases overlap.

Im rechten Abschnitt (I-30) ist dargestellt, wie der Auslaufbereich gestaltet sein kann. Entweder wird eine Wendelphase so weit geführt, daß der Fluidstrom (Q-30) tangential gegen den Drehsinn des Rotors austritt. Gegenüber einem anfänglich tangential eintretender Fluidstrom (J-30) bedeutete das eine Umlenkung um etwa 180 Grad. Oder der Fluidstrom (R-30) wird an der hinteren Stirnseite der Axialturbine ausgeleitet, so daß der Fluidstrom noch immer eine Geschwindigkeitskomponenten in axialer wie in radialer Richtung aufweist. Kombinationen beider Möglichkeiten sind natürlich machbar.The right section (I-30) shows how the outlet area can be designed. Either one Spiral phase led so far that the fluid flow (Q-30) emerges tangentially against the direction of rotation of the rotor. Compared to an initially tangential fluid flow (J-30), this meant a deflection of about 180 degrees. Or the fluid flow (R-30) is discharged at the rear end of the axial turbine, so that the Fluid flow still has a speed component in the axial as well as in the radial direction. Combinations of both options are of course possible.

In Bild 30, unten, ist schematisch und beispielhaft ein Längsschnitt durch eine Axialturbine dargestellt. Der Rotor (RO) dreht sich um die Rotationsachse (RA), welche im Gehäuse (GE) gelagert ist. Das Fluid tritt im Einlaufbereich (links) in Rotorkanäle (S-30) ein, welche hier beispielsweise runden Querschnitt aufweisen. In der Zeichnung sind vereinfachend Kreis als Querschnitte gezeichnet, aufgrund der Krümmung müßten diese teilweise elliptisch gezeichnet werden. Aufgrund der asymmetrischen Wendelung weisen die Rotorkanäle (S-30) von hinten nach vorn zunächst zunehmende, dann abnehmende Radien auf. Es sind zwei solcher Wendelphasen schematisch dargestellt. Vorn wird hier beispielsweise der Fluidstrom (T-30) tangential in einen runden Kanal des Gehäuses entlassen.A longitudinal section through an axial turbine is shown schematically and as an example in Figure 30, below. The rotor (RO) rotates around the axis of rotation (RA), which is mounted in the housing (GE). The fluid enters the rotor channels (S-30) in the inlet area (left), which here have a round cross-section, for example. In the drawing, circles are drawn as cross-sections for simplicity, because of the curvature these would have to be drawn partially elliptically. Due to the asymmetrical spiral, the rotor channels (S-30) initially have increasing, then decreasing radii from back to front. Two such spiral phases are shown schematically. At the front, for example, the fluid flow (T-30) is discharged tangentially into a round channel in the housing.

In dieser Darstellung ist der Rotor (RO) nur hinten und vom massiv ausgeführt, während mittig nur die Rotationsachse eingezeichnet ist. Rotorkanäle könnten als Hohlräume in einem massiven Rotor ausgebildet werden, oder aber wie ein normales Rohr nur bestehend aus einer relativ dünnen Außenwandung. Lediglich ein Bündel einzelner Rohre, alle identisch in asymmetrischer Wendelung gebogen, stellt dann praktisch den wesentlichen Teil dieser Axialturbine dar. Die einzelnen Rotorkanäle werden aus Gründen der Stabilität zum Teil miteinander verbunden sein. Zwischen den einzelnen Rotorkanälen ergeben sich Zwischenräume, welche z. B. zur Kühlung genutzt werden können. Das Gehäuse dient hinten und vorn zur Lagerung der Rotations­ achse. Durch Öffnungen der Gehäusewandung kann Kühlmedium an die Rotorkanäle heran geführt werden.In this illustration, the rotor (RO) is only executed at the rear and from the solid, while in the middle only the Axis of rotation is drawn. Rotor channels could be formed as cavities in a solid rotor be, or like a normal pipe only consisting of a relatively thin outer wall. Just one Bundle of individual tubes, all bent identically in an asymmetrical spiral, then practically represents that essential part of this axial turbine. The individual rotor channels are for reasons of stability Part of be connected. There are gaps between the individual rotor channels, which e.g. B. can be used for cooling. The housing is used at the back and front to support the rotation axis. Cooling medium can be brought to the rotor channels through openings in the housing wall.

Ein wesentlicher Gesichtspunkt ist auch, daß nur im Einlaufbereich das Problem der Dichtung zwischen Gehäuse und Rotor gegeben ist. Die Problematik der Passgenauigkeit hinsichtlich der Spalten zwischen Rotorschaufeln und Gehäuse wie bei herkömmlichen Axialturbinen ist hier nicht gegeben.An important aspect is that the problem of the seal between only in the inlet area Housing and rotor is given. The problem of the accuracy of fit with regard to the gaps between Rotor blades and housings as with conventional axial turbines are not available here.

Besondere EigenschaftenSpecial properties

Bei herkömmlichen Axialturbinen muß der Fluidstrom durch Leitwerke stets wieder in die ursprüngliche, axiale Richtung umgelenkt werden. Eine laminare Strömung ist dabei nur schwer zu erreichen bzw. geht früher oder später vollkommen verloren. Bei dieser Axialturbine rotiert das Fluid mit der Umdrehung des Rotors, es dreht sich innerhalb der Wendelung und es weist Drall auf innerhalb der Rotorkanäle. Eine solche dreifach geschachtelte Drehung wird als eine Idealform von Fluidbewegungen angesehen. Im Vergleich dazu erscheinen die Bewegungsabläufe herkömmlicher Axialturbine geradezu chaotisch. Entsprechend verhält sich der Wirkungsgrad bei der Umsetzung der Energie des Fluids in mechanische Drehbewegung. In conventional axial turbines, the fluid flow through tail units must always be returned to the original be deflected in the axial direction. A laminar flow is difficult to achieve or goes earlier or completely lost later. In this axial turbine, the fluid rotates with the rotation of the rotor, it turns inside the coil and it has swirl inside the rotor channels. Such a triple nested rotation is considered an ideal form of fluid movement. In comparison, appear the movements of conventional axial turbines are chaotic. The behaves accordingly Efficiency in converting the energy of the fluid into mechanical rotary motion.  

Durch den Wegfall aller Leitwerke des Gehäuses ergibt sich eine wesentliche einfachere Bauweise und die Problematik der Passgenauigkeit zwischen Rotorschaufeln und Gehäuse entfällt vollkommen. Das Problem der Dichtung zwischen Rotor und Gehäuse ist nur am Einlaufbereich gegeben wie auch die Kühlung leicht zu bewerkstelligen ist. Insgesamt ergeben sich damit wesentlich geringere Herstellkosten wie auch geringeres Gewicht und kompaktere Baumaße. Das Konstruktionsprinzip dieser Axialturbine ist herkömmlichen in vielen Belangen überlegen, wird sich darum in einer Vielzahl von Anwendungen als bestes erweisen.The elimination of all tail assemblies in the housing results in a significantly simpler construction and The problem of the accuracy of fit between the rotor blades and the housing is completely eliminated. The problem of The seal between the rotor and the housing is only provided at the inlet area, as is the cooling is accomplished. Overall, this results in significantly lower manufacturing costs as well as lower costs Weight and more compact dimensions. The design principle of this axial turbine is conventional in many Thinking about concerns will therefore prove to be the best in a variety of applications.

3.22. Strahltriebwerk3.22. Jet engine Funktionfunction

Diese Konstruktion ist geeignet, Vortrieb für Luftfahrzeuge zu erzeugen.This construction is suitable for generating propulsion for aircraft.

KonstruktionsprinzipConstruction principle

Ein Strahltriebwerk kann konstruiert werden anhand diverser, oben beschriebener Konstruktionselemente.A jet engine can be constructed using various construction elements described above.

Konstruktive AusführungConstructional execution

Ein Beispiel eines solchen Strahltriebwerkes ist nachfolgend beschrieben anhand des Längsschnitts in Bild 19. Diese Darstellung zeigt diverse Konstruktionselemente in den Abschnitten A-19 bis F-19. Diese Darstellung ist lediglich schematisch und beispielhaft, aber keinesfalls maßstabsgerecht. Die Funktionen sind hier nur knapp beschrieben, Details zu den einzelnen Konstruktionselementen sind oben beschrieben. Prinzipiell dreht sich ein Rotor (RO) um seine Rotationsachse (RA), gelagert in einem Gehäuse (GE).An example of such a jet engine is described below using the longitudinal section in Figure 19. This illustration shows various construction elements in sections A-19 to F-19. This representation is only schematic and exemplary, but in no way to scale. The functions are only briefly described here, details of the individual construction elements are described above. In principle, a rotor (RO) rotates about its axis of rotation (RA), stored in a housing (GE).

Der Abschnitt A-19 stellt einen Vordrallerzeuger dar. Das einströmende Fluid (G-19) wird in einem Haupt­ strom (H-19) mit Drallströmung überführt, während ein Nebenstrom (I-19) durch Sogwirkung ebenfalls eine Drallströmung aufweist, beide zusammen bilden bereits hier eine Potentialdrallströmung.Section A-19 represents a pre-swirl generator. The inflowing fluid (G-19) is in a main stream (H-19) transferred with swirl flow, while a side stream (I-19) also by suction Has swirl flow, both together already form a potential swirl flow here.

Der Abschnitt B-19 stellt eine Potentialdrallpumpe dar. In den Kanälen des Rotors werden sowohl der Hauptstrom wie auch der Nebenstrom erfaßt und erfahren dabei eine wesentliche Beschleunigung ihrer Drehbewegung. Die äußere Wandung der Nebenstromkanäle wird durch das Gehäuse abgebildet. Durch Reibung an dieser erfahrt der Nebenstroms zusätzliche eine Drallbewegung innerhalb des Rotorkanals. Die innere Wandung der Hauptstromkanäle wird durch einen Beschleunigungsrotor (K-19) abgebildet. Dieser rotiert aufgrund des Getriebes (L-19) mit höherer Geschwindigkeit als der Rotor, vorzugsweise mit doppelter Drehzahl. Der Hauptstrom erfährt damit zusätzlich eine Drallbewegung innerhalb des Rotorkanals. Die Strömungen innerhalb der Rotorkanäle stellen damit außerordentlich starke Potentialdrallströmungen dar in zweierlei Hinsicht. Zum ersten drehen die Strömungen um die Rotationsachse. Zum andern stellen sie maschinell erzeugte Tornados dar, welche sich um die Längsachse der Rotorkanäle drehen. Section B-19 represents a potential swirl pump. In the channels of the rotor, both the Main flow as well as the secondary flow detected and experience a substantial acceleration of their Rotary motion. The outer wall of the bypass ducts is represented by the housing. By Friction at this side stream also undergoes a swirl movement within the rotor channel. The inner wall of the main flow channels is represented by an acceleration rotor (K-19). This due to the gearbox (L-19) rotates at a higher speed than the rotor, preferably at double speed Rotational speed. The main flow also experiences a swirl movement within the rotor channel. The Flows within the rotor channels thus represent extremely strong potential swirl flows in two ways. First, the currents rotate around the axis of rotation. On the other hand, they pose machine-generated tornadoes that rotate about the longitudinal axis of the rotor channels.  

Der Abschnitt C-19 stellt eine Drucksperre sowie die Brennkammer dar. Das aus voriger Potentialdrallpumpe ausfließende Fluid wird in Gehäuseschnecken (M-19) entgegen genommen, hier beispielsweise der Hauptstrom und der Nebenstrom getrennt in zwei Gehäuseschnecken. Das Fluid strömt tangential ein, womit in den Gehäuseschnecken die Potentialdrallströmung erhalten bleibt bzw. noch verstärkt wird, weil die prinzipielle Bewegungsrichtung des Fluids nur noch eine geringe axiale Komponente aufweist. Vorn kann diese Gehäuse­ schnecke zugleich die Brennkammer darstellen, wobei Brennstoff zugeführt und gezündet wird (hier nur schematisch angezeigt bei N-19). Hier wird beispielsweise der Brennstoff auch nur in die Nebenstrom- Gehäuseschnecke zugeführt. Durch die Zufuhr von Wärme wird die Strömung beschleunigt, wiederum praktisch nur im Drehsinn des Rotors.Section C-19 represents a pressure lock and the combustion chamber. That from the previous potential swirl pump outflowing fluid is received in housing screws (M-19), here for example the main flow and the secondary flow separately in two housing screws. The fluid flows in tangentially, with which in the Casing screws maintain the potential swirl flow or is amplified because the principle Direction of movement of the fluid has only a small axial component. The front of this housing also represent the combustion chamber, with fuel being fed and ignited (here only shown schematically at N-19). Here, for example, the fuel is only fed into the bypass Housing screw fed. The flow is accelerated by the addition of heat, again practically only in the direction of rotation of the rotor.

Der Abschnitt D-19 stellt einen Bereich einer Nachbrennkammer dar. Im den Haupt- wie in den Nebenstrom- Gehäuseschnecken herrscht Potentialdrallströmung, beide im Drehsinn des Rotors, jedoch gegenläufiger Drallrichtung um die Längsachse der Gehäuseschnecken. Beide Strömungen treten tangential aus, vermischen sich bzw. beschleunigen sich dabei nochmals. Die Auslaßöffnungen (O-19) dieser Gehäuseschnecken ist dabei nahezu senkrecht auf die Außenwandung der Nachbrennkammer gerichtet. Dadurch wird der Drall der Strömung in den Gehäuseschnecken vollkommen aufgestellt und zwar ohne jegliches Leitwerk. Im Nachbrenn­ bereich (P-19) herrscht damit eine außerordentlich starke Drehbewegung des Fluids im Drehsinn des Rotors. Dieser Bereich kann bereits Bestandteil des Rotors sein, so daß an den mitdrehenden Wandungen nur geringe Reibung gegeben ist, bzw. diese Reibung schon produktiv im Sinne der nachgeschalteten Turbine ist.Section D-19 represents an area of an afterburning chamber. In the main as well as in the secondary flow Casing screws have a potential swirl flow, both in the direction of rotation of the rotor, but in opposite directions Twist direction around the longitudinal axis of the housing screws. Both flows emerge tangentially, mix accelerate or accelerate again. The outlet openings (O-19) of this housing screw is included directed almost perpendicular to the outer wall of the afterburner. This will make the twist Flow in the augers completely set up and without any tail unit. Afterburn area (P-19) there is an extraordinarily strong rotational movement of the fluid in the direction of rotation of the rotor. This area can already be part of the rotor, so that only a small amount on the rotating walls There is friction, or this friction is already productive in the sense of the downstream turbine.

Der Abschnitt E-19 stellt den Bereich der Turbine dar, hier beispielsweise und nur schematisch dargestellt im Form voriger Axialturbien. Das Fluid der Nachbrennkammer wird dabei tangential in vielen Rotorkanälen (Q-19) entgegen genommen. In einer ersten Phase wird die Bewegungskomponente im Drehsinn des Rotors aufgestellt, so daß im Prinzip nurmehr eine Bewegungskomponente in axialer Richtung gegeben ist. Diese kann in weiteren Phasen asymmetrischer Wendelung kontrolliert Drehmoment auf den Rotor abgeben, um ausreich­ ende Leistung für die Pumpenfunktion zu erhalten. Die Rotorkanäle dieser Axialpumpe sind hier lediglich schematisch als Kreis dargestellt. Die prinzipielle Form des Rotorzylinders ist hier konisch dargestellt. Das Fluid wird vorn in tangentialer Richtung abgegeben. Die Strömungsgeschwindigkeit ist dort noch wesentlich höher als die dortige Umlaufgeschwindigkeit des Rotor. Das Fluid besitzt also noch immer eine große restliche Energie.Section E-19 represents the area of the turbine, shown here for example and only schematically in Shape of previous axial turbines. The fluid of the afterburning chamber becomes tangential in many rotor channels (Q-19). In a first phase, the movement component is in the direction of rotation of the rotor set up so that in principle there is only one movement component in the axial direction. This can In other phases of asymmetrical winding controlled torque is given to the rotor to be sufficient to get power for the pump function. The rotor channels of this axial pump are only here represented schematically as a circle. The basic shape of the rotor cylinder is shown here conically. The Fluid is released in the tangential direction at the front. The flow rate is still essential there higher than the rotational speed of the rotor there. So the fluid still has a large remaining one Energy.

Der Abschnitt F-19 stellt den Bereich der Impulsumsetzung dar. Er ist Bestandteil des Gehäuses und dient dazu, einen bestmöglichen Vortrieb zu erreichen. Durch diesen Impulsumsetzers wird jeglicher Drall aus der Fluidströmung genommen, so daß ausschließlich eine Bewegung in axiale Richtung daraus resultiert. Dabei wird diese Energie dazu verwendet, eine größtmögliche Masse in axiale Richtung zu beschleunigen. Als be­ schleunigte Gesamtmasse (R-19) stehen dazu nicht nur die Fluidmasse des Einlaufbereiches (G-19) zur Verfügung, sondern auch Fluidmassen (J-19) des äußeren Bereich des Strahltriebwerkes. Section F-19 describes the area of pulse conversion. It is part of the housing and serves to achieve the best possible propulsion. This impulse converter eliminates any twist from the Fluid flow taken so that only movement in the axial direction results from it. Here this energy is used to accelerate the greatest possible mass in the axial direction. As be accelerated total mass (R-19) are not only available for the fluid mass of the inlet area (G-19) Available, but also fluid masses (J-19) of the outer area of the jet engine.  

Dieser Nebenstrom (J-19) kann durch äußere Gehäusewandungen geleitet werden. Zwischen diesen äußeren und den inneren Teilen des Strahltriebwerkes werden Leitbleche (S-19) angebracht sein, zumindest insoweit als sie zur Halterung des Strahltriebwerkes an anderen Teilen des Luftfahrzeuges erforderlich sind. Die Funktion und Konstruktion des Impulsumsetzers ist detailliert beschrieben in der Erfindung "Konstruktive Elemente zur Verbesserung des Auf- und Vortriebs von Luft- und Wasserfahrzeugen".This secondary flow (J-19) can be passed through the outer walls of the housing. Between these outer and the inner parts of the jet engine baffles (S-19) will be attached, at least as far as they are required to hold the jet engine on other parts of the aircraft. The function and construction of the pulse converter is described in detail in the invention "Constructional Elements for Improving the upward and forward propulsion of aircraft and watercraft ".

Besondere EigenschaftenSpecial properties

Vorstehend beschriebene Konzeption eines Strahltriebwerkes stellt nur ein Beispiel dar, wie durch Kombination diverser konstruktiver Elemente dieser Erfindung besonders wirksame Konstruktionen möglich werden. Dieses Strahltriebwerk macht beispielsweise deutlich, wie das Fluid zunehmend in Rotationsbewegung versetzt wird, nicht nur innerhalb eines Konstruktionselementes, sondern auch von einem Prozeßabschnitt zum nächsten. Es wird bereits im Einlaufbereich eine Drehbewegung aufgebaut, welche dann sukzessiv verstärkt wird. Das Fluid wird nur insoweit in axiale Richtung gelenkt, wie es die Abfolge von Funktionen erfordert. Dagegen werden mehrfach die Drallbewegungen in stets gleichem Drehsinn gefördert. Es gibt keinerlei abrupte Richtungswechsel, sondern nur eine stetige Beschleunigung der Fluids, vorwiegend seiner Drallbewegungen. Erst ganz am Ende des Funktionsablaufes wird die so aufgebaute Energie der außerordentlich starken Dreh­ bewegung des Fluids insoweit in vorwiegend axiale Richtung umgelenkt, als es für die Pumpfunktion erford­ erlich ist. Die restlich verfügbare Energie wird danach jedoch nicht einfach in axiale Richtung entlassen wie bei konventionellen Strahltriebwerken, sondern nochmals ganz gezielt zu einer maximalen Umsetzung der Energie im Sinne des Vortriebes verwendet durch den Impulsumsetzer (siehe oben genannte Erfindung).The concept of a jet engine described above is only one example of how Combination of various structural elements of this invention makes particularly effective constructions possible become. This jet engine makes it clear, for example, how the fluid is increasingly rotating is shifted, not only within a construction element, but also from a process section to next one. A rotary movement is built up in the inlet area, which is then gradually strengthened becomes. The fluid is directed in the axial direction only to the extent required by the sequence of functions. In contrast, the swirl movements are repeatedly promoted in the same direction of rotation. There are no abrupt ones Change of direction, but only a steady acceleration of the fluids, mainly its swirl movements. It is only at the very end of the functional sequence that the energy built up in this way becomes extremely strong movement of the fluid is deflected in the predominantly axial direction insofar as it is required for the pump function is real. However, the remaining available energy is not simply released in the axial direction like with conventional jet engines, but again specifically for maximum implementation of the Energy in the sense of propulsion used by the pulse converter (see invention mentioned above).

4. Zusammenfassung4. Summary

In konventionellen Pumpen und Turbinen erfährt das Fluids immer wieder eine Umlenkung in axiale Richtung, meist in abrupter Weise. Voriges Beispiel eines Strahltriebwerkes dagegen macht die durchgängige Logik aller hier dargestellten konstruktiven Elemente deutlich. Es zeigt auf, wie eine Bewegung eingeleitet und in stets gleichem Drehsinn verstärkt werden kann und erst am Ende des Prozesses die Bewegung in die Richtung und Form gebracht wird, wie es der letztlichen Zielsetzung entspricht. Wesentlicher Gesichtspunkt ist dabei stets, daß die speziellen Vorteile eines Bewegungsablaufes im Sinne einer Potentialdrallströmung genutzt werden.In conventional pumps and turbines, the fluid is constantly redirected in the axial direction, mostly in an abrupt manner. The previous example of a jet engine, on the other hand, does the universal logic of everyone constructive elements shown here clearly. It shows how a movement is initiated and in always same direction of rotation can be amplified and only at the end of the process the movement in the direction and Form is brought into conformity with the ultimate objective. The essential aspect is always that the special advantages of a motion sequence in the sense of a potential swirl flow are used.

In vielen Konstruktionselementen wurde erreicht, daß die Fluidströmungen insgesamt den Idealformen einer optimalen Strömung. So wird hier die Bewegungsform einrollenden und dann ausrollender Wirbel in einem geschlossenen Kreislauf maschinell dargestellt. In einem anderen Konstruktionselement wird der Bahnverlauf eines Ringwirbels erreicht. In mehreren Konstrukten wird eine mehrfach in sich geschachtelte Drehbewegung realisiert. Die bekannte Strömungstechnik versucht, Wirbelbildungen bestmöglich zu vermeiden, hier werden ganz bewußt die Drallbewegungen in vielfältiger Weise ausgelöst, gefördert und genutzt. In many construction elements it has been achieved that the fluid flows as a whole have the ideal forms optimal flow. So here the form of movement rolling in and then rolling out in one machine closed circuit. In another construction element, the course of the path of a ring vortex. In several constructs there is a multi-nested rotary movement realized. The well-known flow technology tries to avoid vortex formation in the best possible way The swirl movements are deliberately triggered, promoted and used in a variety of ways.  

Ein von der bekannten Strömungslehre völlig abgegrenztes Thema stellen die Kolbenmaschinen dar. Hier wurde aufgezeigt, daß auch bei den Kolbenmaschinen der Fluidströmung eine wesentliche Bedeutung zukommt. Aus den Überlegungen zu den in sich drehenden Wirbeln ergab sich in Analogie die entsprechende Mechanik neuartiger Kurbelgetriebe. Der obige Drehhubkolbenmotor stellt geradezu eine Symbiose von Hubkolbenmaschine und Strömungsmaschine dar.The piston machines represent a completely separate topic from the known fluid dynamics. Here It has been shown that fluid flow is also of major importance for piston machines comes to. From the considerations regarding the rotating vertebrae, the corresponding one emerged in analogy Mechanics of a new type of crank gear. The rotary piston engine above represents a symbiosis of Reciprocating engine and fluid machine.

Die Wirkung der Tornados ist bekannt, allerdings ist theoretisch umstritten, welches die auslösenden Momente sind und was ihre Dynamik aufrecht erhält. In der Basiserfindung wurde eine brauchbare Theorie dargelegt. Mit einigen Konstruktionselementen hier wurde dargelegt, wie die typische Bewegungsform eines Tornados maschinell nachgebildet werden kann und wie damit die Effekte technisch nutzbar zu machen sind.The effect of the tornadoes is known, but it is theoretically controversial what the triggering moments are are and what maintains their dynamism. A useful theory was presented in the basic invention. With some construction elements here it was shown how the typical form of movement of a tornado can be simulated mechanically and how the effects can be made technically usable.

Claims (23)

1. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Vordrallerzeuger", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - in einem trichterförmigen Einlaufbereich ein Rotor installiert ist, welcher prinzipiell die Form eines Rohres aufweist,
  • - der Durchmesser dieses Rotorrohres von hinten nach vom zunehmend ist, aber stets geringer als der Durchmesser des Einlaufbereiches ist,
  • - der Mantel dieses Rotorrohres ein- oder mehrmals in gerader oder gekrümmter Linie unterteilt ist und jeweils die gegen den Drehsinns des Rotors weisende Kante nach innen spiralig gekrümmt ist, so daß Fluid zwischen diesen Schaufeln des Rotors in prinzipiell tangentialer Richtung in das Rotorrohr einfließen kann,
  • - zwischen diesen Schaufeln Leitbleche angebracht sein können mit prinzipiell spiralförmigem Verlauf, so daß Fluid zwischen den Schaufeln in axialer Richtung beschleunigt wird,
  • - damit durch die Drehung des Rotors im Rotorrohr die Drallbewegung des Hauptstroms des Fluides erzeugt wird,
  • - an den Wandungen des Einlaufbereiches ebenfalls Leitbleche mit prinzipiell spiralförmigem Verlauf angebracht sein können,
  • - damit zwischen den Wandungen und dem Rotorrohr die Drallbewegung des Nebenstromes des Fluids erzeugt wird,
  • - der Haupt- und der Nebenstrom des Fluids getrennt voneinander verwertet werden können oder in einem Auslaufrohr gemeinsam zur Verfügung stehen.
1. The claim relates to the invention of a construction element "pre-swirl generator", which is characterized in that
  • a rotor is installed in a funnel-shaped inlet area, which basically has the shape of a tube,
  • the diameter of this rotor tube is increasing from the back to the front, but is always smaller than the diameter of the inlet area,
  • the jacket of this rotor tube is subdivided one or more times in a straight or curved line and in each case the edge pointing against the direction of rotation of the rotor is spirally curved inward, so that fluid between these blades of the rotor can flow into the rotor tube in a basically tangential direction,
  • baffles can be attached between these blades with a basically spiral course, so that fluid between the blades is accelerated in the axial direction,
  • so that the twisting movement of the main flow of the fluid is generated by the rotation of the rotor in the rotor tube,
  • baffles with a basically spiral course can also be attached to the walls of the inlet area,
  • so that the swirl movement of the secondary flow of the fluid is generated between the walls and the rotor tube,
  • - The main and the secondary flow of the fluid can be used separately or are available together in an outlet pipe.
2. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Rohrpumpe", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - es den Merkmalen des Konstruktionselementes nach Patentanspruch 1 entspricht,
  • - jedoch der Durchmesser der Wandungen des Einlaufbereiches am Auslauf sich auf den Durchmesser des Rotorrohres verjüngt, also kein Nebenstrom gebildet wird.
2. The claim relates to the invention of a construction element "pipe pump", which is characterized in that
  • - it corresponds to the features of the construction element according to claim 1,
  • - However, the diameter of the walls of the inlet area at the outlet tapers to the diameter of the rotor tube, so that no secondary flow is formed.
3. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Zentrifugalpumpe", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - ein Rotor eine runde Innenwandung und eine runde Außenwandung aufweist, wobei deren Durchmesser so angelegt sind, daß vom Einlauf zum Auslauf die dem Fluid zur Verfügung stehende Querschnittsfläche abnimmt,
  • - zwischen dieser Innen- und Außenwandung Leitbleche angebracht sind in prinzipiell radialer Richtung, welche beim Einlauf einen großen Winkel zur Rotationsachse bilden und beim Auslauf nahezu parallel zur Rotationsachse verlaufen,
  • - am Auslauf der Fluidstrom des Rotors in einen Überleitkanal des Gehäuses geleitet wird, aus welchem der Fluidstrom tangential in eine Gehäuseschnecke eingeleitet wird,
  • - diese Gehäuseschnecke von ihrem Einlauf bis zum Auslauf zunehmenden Querschnitt aufweist,
  • - wobei die Gehäuseschnecke den Fluidstrom des vollen Kreisbogen entgegen nehmen kann oder mehrere Gehäuseschnecken jeweils nur den Fluidstrom entsprechender Kreisbogenabschnitte.
3. The claim relates to the invention of a structural element "centrifugal pump", which is characterized in that
  • a rotor has a round inner wall and a round outer wall, the diameters of which are designed such that the cross-sectional area available to the fluid decreases from the inlet to the outlet,
  • baffles are attached in principle in the radial direction between this inner and outer wall, which form a large angle to the axis of rotation at the inlet and run almost parallel to the axis of rotation at the outlet,
  • the fluid flow of the rotor is directed at the outlet into a transfer channel of the housing, from which the fluid flow is introduced tangentially into a housing screw,
  • this housing screw has an increasing cross-section from its inlet to the outlet,
  • - The housing screw can accept the fluid flow of the full circular arc or several housing screws each only the fluid flow of corresponding circular arc sections.
4. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Drucksperre", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - eine Gehäuseschnecke prinzipiell die Merkmale der Gehäuseschnecke laut Patentanspruch 3 aufweist,
  • - jedoch nach ihrem Einlaufbereich einen Abschnitt ohne Öffnungen an ihrem Mantel aufweist,
  • - danach die Gehäuseschnecke in ihrem Auslaufbereich wiederum Öffnungen am Mantel aufweist dergestalt, daß Fluid in tangentialer Richtung ausfließen kann und sich dabei der Durchmesser der Gehäuseschnecke entsprechend verjüngt.
4. The claim relates to the invention of a construction element "pressure lock", which is characterized in that
  • a housing screw basically has the features of the housing screw according to claim 3,
  • - but has a section without openings on its jacket after its inlet area,
  • - Then the housing screw in its outlet area again has openings on the casing such that fluid can flow out in the tangential direction and the diameter of the housing screw tapers accordingly.
5. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Potentialdrallpumpe", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - in einem Rotor Kammern angeordnet sind in prinzipiell radialer Richtung und von innen nach außen die Querschnittsfläche nicht größer wird,
  • - wobei drei Wandungsseiten dieser Kammern durch den Rotor abgebildet werden und eine Wandungsseite dieser Kammern durch das Gehäuse abgebildet wird,
  • - oder alternativ dazu zwei Wandungseiten dieser Kammern durch den Rotor abgebildet werden und eine Wandungsseite dieser Kammern durch das Gehäuse abgebildet wird und eine Wandungsseite dieser Kammern durch einen Beschleunigungskörper abgebildet wird, welcher sich um die Rotationsachse dreht mit höherer Geschwindigkeit als der des Rotors,
  • - wobei im Rotor eine oder mehrere Ebenen solcher Kammern angelegt sein können.
5. The claim relates to the invention of a construction element "potential swirl pump", which is characterized in that
  • chambers are arranged in a rotor in principle in the radial direction and the cross-sectional area does not increase from inside to outside,
  • three wall sides of these chambers are imaged by the rotor and one wall side of these chambers is imaged by the housing,
  • or alternatively two wall sides of these chambers are imaged by the rotor and one wall side of these chambers is imaged by the housing and one wall side of these chambers is imaged by an acceleration body which rotates about the axis of rotation at a higher speed than that of the rotor,
  • - Where one or more levels of such chambers can be created in the rotor.
6. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Sogpumpe", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - ein Rotor ausschließlich runden Querschnitt aufweist und dessen Durchmesser vom Einlauf zum Auslauf zunehmend ist,
  • - die Gehäusewandung so geformt ist, daß dem Fluid vom Einlauf zum Auslauf eine zunehmend kleinere Querschnittsfläche zur Verfügung steht,
  • - auf der Gehäusewandung Nuten angebracht sind, welche vom Einlauf zum Auslauf hin spiraligen Verlauf aufweisen entsprechend dem Drehsinn des Rotors,
  • - die Nuten im Prinzip einen runden oder gerundeten Querschnitt aufweisen, jedoch ihre beiden Kanten in Richtung des Drehsinns des Rotors weisen, also eine Abrißkante bilden.
6. The claim relates to the invention of a construction element "suction pump", which is characterized in that
  • a rotor has only a round cross section and its diameter is increasing from the inlet to the outlet,
  • the housing wall is shaped such that an increasingly smaller cross-sectional area is available to the fluid from the inlet to the outlet,
  • grooves are provided on the housing wall, which have a spiral course from the inlet to the outlet, corresponding to the direction of rotation of the rotor,
  • - In principle, the grooves have a round or rounded cross section, but their two edges point in the direction of rotation of the rotor, that is, they form a tear-off edge.
7. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Wirbelbehälter", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - es dem prinzipiellen Aufbau einer Sogpumpe entsprechend Patentanspruch 6 entspricht,
  • - jedoch das Fluid am Auslauf zum Einlauf zurück geführt wird, so daß ein Kreislauf mit einer intensiven Verwirbelung des Fluids gegeben ist,
  • - alternativ dazu dieser Wirbelbehälter dem prinzipiellen Aufbau einer Potentialdrallpumpe entsprechend Patentanspruch 5 entspricht,
  • - wobei auch hierbei das Fluid am Auslauf zum Einlauf zurück geführt wird.
7. The claim relates to the invention of a structural element "vortex container", which is characterized in that
  • - it corresponds to the basic structure of a suction pump according to claim 6,
  • - However, the fluid at the outlet is returned to the inlet, so that there is a circulation with an intensive swirling of the fluid,
  • alternatively, this vortex tank corresponds to the basic structure of a potential swirl pump according to claim 5,
  • - Here, too, the fluid is returned to the inlet at the outlet.
8. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Ringwirbelbehälter", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - ein runder und symmetrischer Behälter zwischen einer Außenwandung und einer Innenwandung gebildet wird,
  • - der Querschnitt eines solchen Behälters insgesamt unten U-förmig bzw. V-förmig geformt ist, während der Behälter oben gerundet und abgeflacht sein kann,
  • - zwischen Außenwandung und Innenwandung Leitbleche angebracht sind mit gekrümmtem Verlauf, so daß im Behälter Kanäle gebildet werden,
  • - bzw. alternativ dazu der Behälter die Form nur eines solchen Kanales aufweist,
  • - diese Behälter um ihre Symmetrieachse drehbar gelagert sind und mehrere solcher Behälter auf einem Rotor gelagert sind, wobei diese Symmetrieachse zur Rotorachse einen Winkel aufweist,
  • - über ein Getriebe erreicht wird, daß die Drehung des Rotors zu einer gleichsinnigen Drehung der Behälter führt.
8. The claim relates to the invention of a structural element "ring vortex container", which is characterized in that
  • a round and symmetrical container is formed between an outer wall and an inner wall,
  • the cross-section of such a container is U-shaped or V-shaped overall at the bottom, while the container may be rounded and flattened at the top,
  • baffles are attached between the outer wall and inner wall with a curved course, so that channels are formed in the container,
  • - or alternatively, the container has the shape of only one such channel,
  • these containers are rotatably mounted about their axis of symmetry and a plurality of such containers are mounted on a rotor, this axis of symmetry being at an angle to the rotor axis,
  • - Is achieved via a gearbox that the rotation of the rotor leads to a rotation of the container in the same direction.
9. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Druckpumpe", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - ein Rotor vom Einlauf zum Auslauf zunehmenden Durchmesser aufweist und an seiner Oberfläche zahnförmige Schaufeln angeordnet sind,
  • - wobei diese Schaufeln so geformt sind, daß eine Seite prinzipiell in radiale Richtung weist, die andere Seite prinzipiell in tangentiale Richtung weist,
  • - zwischen den Schaufeln also Kanäle gebildet sind mit im Prinzip dreieckigem Querschnitt, wobei zwei Seiten durch die Schaufeln gebildet werden, eine offen ist,
  • - diese Kanäle jedoch im weiteren Verlauf nach vorn geschlossene Kammern bilden, wobei alle vier Wandungsseiten durch den Rotor dargestellt werden und die Form des Querschnitts übergeleitet wird in die Form eines Ringsegmentes.
9. The claim relates to the invention of a construction element "pressure pump", which is characterized in that
  • a rotor has an increasing diameter from the inlet to the outlet and tooth-shaped blades are arranged on its surface,
  • these blades are shaped such that one side principally points in the radial direction, the other side principally points in the tangential direction,
  • channels are formed between the blades with a triangular cross section in principle, two sides being formed by the blades, one being open,
  • - However, these channels form closed chambers in the further course, all four sides of the wall being represented by the rotor and the shape of the cross section being converted into the shape of a ring segment.
10. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Brennkammer", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - in einem Rohr eine Erweiterung der Querschnittsfläche erfolgt, indem zunächst der Durchmesser des Rohres vergrößert wird, andrerseits auf der Rohrachse ein runder Körper eingebaut ist, welcher vom und hinten zugespitzt ist (im folgenden "Insel" genannt),
  • - nach Erreichen des größten Rohrdurchmessers Brennstoff in das Rohr eingebracht wird und gezündet wird,
  • - im Rohr im Bereich der Brennstoffzufuhr Leitbleche angebracht sind, welche die Form von Rohrabschnitten geringeren Durchmessers als der des Rohres aufweisen und deren Durchmesser von hinten nach vom zunehmend ist,
  • - zwischen dem Rohr und vorigen Leitblechen Leitbleche in radialer Richtung angebracht sind, welche spiraligen Verlauf aufweisen,
  • - nur eine Teilmenge des gesamten Fluidstroms einer Brennkammer zugeführt sein kann zu dem Zwecke, diesen beschleunigten Teilstrom einem anderen Teilstrom in tangentialer Richtung beizumischen.
10. The claim relates to the invention of a structural element "combustion chamber", which is characterized in that
  • - The cross-sectional area is expanded in a pipe by first increasing the diameter of the pipe, on the other hand a round body is installed on the pipe axis, which is pointed from the rear (hereinafter referred to as "island"),
  • - after reaching the largest pipe diameter, fuel is introduced into the pipe and ignited,
  • baffles are attached in the tube in the area of the fuel supply, which have the shape of tube sections of smaller diameter than that of the tube and the diameter of which is increasing from the rear to the,
  • - between the tube and previous guide plates, guide plates are attached in the radial direction, which have a spiral course,
  • - Only a subset of the total fluid flow can be fed to a combustion chamber for the purpose of mixing this accelerated partial flow into another partial flow in the tangential direction.
11. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Einlaufbereich von Turbinen", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - bei einem Flußkraftwerk einem Rotor Wasser tangential zugeführt wird, wobei durch die Innen- und Außenwandung des Einlaufbereiches sowie durch Leitbleche zwischen diesen Wandungen Kanäle gebildet werden, welche horizontal wie vertikal parabelförmigen Verlauf aufweisen, außen einen ringsegmentförmigen Querschnitt aufweisen mit größerer Länge als Breite, innen einen im Prinzip rechteckigen Querschnitt aufweisen mit größerer Höhe als Breite.
  • - oder der Einlaufbereich einer Turbine einen ringförmigen Querschnitt aufweist und diesem Einlaufbereich ein Fluid zugeführt wird durch ein Zuflußrohr mit Potentialdrallströmung oder Drallströmung, dieses Zuflußrohr spiralförmig außen um den Einlaufbereich bzw. innen im Einlaufbereich gewunden ist, aus dem Zuflußrohr das Fluid tangential ausgeleitet wird und nahezu senkrecht zur Wandung des Einlaufbereiches in diesen eingeleitet wird.
11. The claim relates to the invention of a structural element "inlet area of turbines", which is characterized in that
  • - In a hydropower plant water is fed tangentially to a rotor, channels being formed between the walls by the inner and outer walls of the inlet area and by baffles, which have a parabolic shape horizontally and vertically, have a ring-shaped cross-section on the outside with a greater length than width, inside have in principle a rectangular cross section with a greater height than width.
  • - Or the inlet area of a turbine has an annular cross-section and a fluid is fed to this inlet area through an inflow pipe with potential swirl flow or swirl flow, this inflow pipe is spirally wound outside around the inlet area or inside in the inlet area, the fluid is tangentially discharged from the inflow pipe and almost is introduced into the inlet area perpendicular to the wall thereof.
12. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Abgasturbolader", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - der Einlaufbereich der Turbine entsprechend Patentanspruch 11 angelegt ist,
  • - die Pumpe entsprechend Patentanspruch 9 angelegt ist,
  • - die Verbrennungsluft dem Einlaßbereich der Motorzylinder in Rohren mit Potentialdrallströmung zugeleitet wird.
12. The claim relates to the invention of a structural element "exhaust gas turbocharger", which is characterized in that
  • the inlet area of the turbine is designed in accordance with claim 11,
  • - The pump is designed according to claim 9,
  • - The combustion air is fed to the inlet area of the engine cylinders in pipes with potential swirl flow.
13. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Drehventilrohr", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - im Zylinderkopf eines Hubkolbenmotors eine runde Aussparung parallel zur Längsachse des Motors angebracht ist, in welcher ein Rohr drehbar gelagert ist und dieses Rohr sich mit halber Drehzahl des Motors dreht,
  • - im Zylinderkopf die Aussparung der Zylinder eine Öffnungen in Richtung der Aussparung des Rohres aufweist,
  • - das Rohr an seinem Mantel Öffnungen aufweist, welche so angeordnet sind,
  • - daß im Zeitraum des Ansaugtaktes aus dem Rohr durch die Öffnungen an seinem Mantel und durch die Öffnungen der Zylinderaussparung die Verbrennungsluft in den Zylinder einfließen kann, bzw. im Zeitraum des Auslaßtaktes aus dem Zylinder durch die Öffnungen der Zylinder­ aussparung und durch die Öffnungen am Mantel des Rohres Abgase in das Rohr einfließen können,
  • - daß im Rohr der Verbrennungsluft die Verbrennungsluft vorzugsweise in Potentialdrall­ strömung sich bewegt, welche z. B. mittels einer Druckpumpe laut Patentanspruch 9 erzeugt wird oder z. B. mittels eines Vordrallerzeugers laut Patentanspruch 1 erzeugt wird,
  • - daß im Rohr der Abgase die Abgase sich in Drallbewegung befinden und deren kinetische Energie durch eine Turbine genutzt werden kann,
  • - daß Teilmengen der Verbrennungsluft wie der Abgase zurück geführt werden wie auch Teilmengen des Abgases zurück geführt werden können in den Kreislauf der Verbrennungsluft,
  • - dieses Drehventilrohr in analoger Weise bei einer Pumpe eingesetzt wird.
13. The claim relates to the invention of a structural element "rotary valve tube", which is characterized in that
  • a round recess is made in the cylinder head of a reciprocating piston engine parallel to the longitudinal axis of the engine, in which a tube is rotatably mounted and this tube rotates at half the engine speed,
  • the recess in the cylinder has openings in the direction of the recess in the tube in the cylinder head,
  • - The tube has openings on its jacket, which are arranged so
  • - That in the period of the intake stroke from the tube through the openings in its jacket and through the openings of the cylinder recess, the combustion air can flow into the cylinder, or in the period of the exhaust stroke from the cylinder through the openings of the cylinders and through the openings on the jacket exhaust gases can flow into the pipe,
  • - That in the tube of the combustion air, the combustion air flows preferably in potential swirl, which z. B. is generated by a pressure pump according to claim 9 or z. B. is generated by means of a pre-swirl generator according to claim 1,
  • that the exhaust gases are in a swirl movement in the tube of the exhaust gases and their kinetic energy can be used by a turbine,
  • that partial quantities of the combustion air, such as the exhaust gases, are returned and partial quantities of the exhaust gas can be returned to the combustion air circuit,
  • - This rotary valve tube is used in an analogous manner in a pump.
14. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Ein- und Auslaßdrehventilrohr", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - es den Kriterien des Patentanspruches 13 entspricht, jedoch
  • - die Funktionen der Zuführung von Fluid zu einem Zylinder mit der Funktion der Abführung von Fluid aus einem Zylinder in einem Rohr kombiniert sind,
  • - wozu die Querschnittsfläche des Rohres durch eine gewendelte Trennwand in zwei Bereiche unterteilt ist, so daß damit zwei Kanäle gebildet werden,
  • - wobei der Kanal der Fluidzuführung von hinten nach vorn geringer werdende Querschnitts­ fläche aufweist und der Kanal der Fluidabführung von hinten nach vorn größere werdende Querschnittsfläche aufweist.
14. The claim relates to the invention of a structural element "inlet and outlet rotary valve tube", which is characterized in that
  • - It meets the criteria of claim 13, however
  • the functions of supplying fluid to a cylinder are combined with the function of discharging fluid from a cylinder in a tube,
  • - for which the cross-sectional area of the tube is divided into two areas by a coiled partition, so that two channels are formed,
  • - Wherein the channel of the fluid supply from the back to the front has decreasing cross-sectional area and the channel of the fluid discharge from the back to the front has increasing cross-sectional area.
15. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Hubkolbengetriebe", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - eine runde Scheibe, im folgenden "Exzenterscheibe" genannt, mit einer Rotationsachse fest verbunden ist, wobei zwischen der Achse der Rotationsachse und der Achse der Exzenter­ scheibe ein Abstand besteht, welcher im folgenden "Exzentrität" genannt wird, die Exzenter­ scheibe also exzentrisch zur Rotationsachse mit dieser fest verbunden ist,
  • - die Exzenterscheibe andrerseits in einer weiteren Scheibe, welche im folgenden "Pleuelscheibe" genannt wird, drehbar gelagert ist, wobei zwischen der Achse der Exzenterscheibe und der Achse der Pleuelscheibe ein Abstand gegeben ist entsprechend obiger Exzentrität,
  • - die Pleuelscheibe drehbar mittig in einem Kolben gelagert ist,
  • - dieser Kolben im Gehäuse so gelagert ist, daß er eine lineare Hubbewegung ausführen kann, wobei die Mittelachse dieser Hubbewegung die Rotationsachse schneidet.
15. The claim relates to the invention of a structural element "reciprocating gear", which is characterized in that
  • - A round disc, hereinafter referred to as "eccentric disc", is firmly connected to an axis of rotation, with a distance between the axis of the axis of rotation and the axis of the eccentric disc, which is referred to below as "eccentricity", ie the eccentric disc is eccentric to Axis of rotation is firmly connected to this,
  • the eccentric disc, on the other hand, is rotatably mounted in a further disc, which is referred to as "connecting rod disc" in the following, a distance being given between the axis of the eccentric disc and the axis of the connecting rod, corresponding to the above eccentricity,
  • - the connecting rod is rotatably mounted in the center of a piston,
  • - This piston is mounted in the housing so that it can carry out a linear stroke movement, the central axis of this stroke movement intersecting the axis of rotation.
16. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Viertaktdrehhubkolbenmotor", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - im Gehäuse eine Kurbelwelle gelagert ist, welche drehbar um ihre Achse ist, wobei diese Achse im folgenden "Rotationsachse" genannt wird,
  • - fester Bestandteil dieser Kurbelwelle eine Exzenterwelle ist und die Achse dieser Exzenterwelle parallel zur Rotationsachse verläuft, jedoch ein Abstand zwischen der Rotationsachse und der Achse der Exzenterwelle gegeben ist, wobei dieser Abstand im folgenden "Exzentrität" genannt wird,
  • - im Gehäuse ein Rotor gelagert ist, welcher um die Rotationsachse drehbar ist und welcher im folgenden "Zylinderrotor" genannt wird,
  • - im Zylinderrotor auf einem Durchmesser Aussparungen angebracht sind von einer Seite des Zylinderrotors zur anderen Seite des Zylinderrotors,
  • - so daß sich in diesen Aussparungen ein Kolben bewegen kann,
  • - in diesem Kolben mittig eine runde Scheibe drehbar gelagert ist, welche im folgenden "Pleuel­ scheibe" genannt wird,
  • - exzentrisch in dieser Pleuelscheibe die Exzenterwelle drehbar gelagert ist, wobei der Abstand zwischen den Achsen der Pleuelscheibe und der Exzenterwelle obiger Exzentrität entspricht,
  • - durch ein Getriebe gesteuert wird, daß sich die Kurbelwelle und der Zylinderrotor gleich schnell, jedoch gegensinnig um die Rotationsachse drehen,
  • - in einem Motor mehrere Zylinderaussparungen angelegt sein können, d. h. auch entsprechend mehrere Kolben, Pleuelscheiben und Exzenterwellen.
16. The claim relates to the invention of a structural element "four-stroke rotary piston engine", which is characterized in that
  • a crankshaft is mounted in the housing and is rotatable about its axis, this axis being referred to below as the "axis of rotation",
  • an integral part of this crankshaft is an eccentric shaft and the axis of this eccentric shaft runs parallel to the axis of rotation, but there is a distance between the axis of rotation and the axis of the eccentric shaft, this distance being called "eccentricity" in the following,
  • a rotor is mounted in the housing, which can be rotated about the axis of rotation and which is called "cylinder rotor" in the following,
  • recesses are made in the cylinder rotor on one diameter from one side of the cylinder rotor to the other side of the cylinder rotor,
  • - so that a piston can move in these recesses,
  • - A round disk is rotatably mounted in the center of this piston, which is referred to below as the "connecting rod disk",
  • the eccentric shaft is rotatably mounted eccentrically in this connecting rod, the distance between the axes of the connecting rod and the eccentric shaft corresponding to the above eccentricity,
  • is controlled by a gearbox that the crankshaft and the cylinder rotor rotate at the same speed but in opposite directions about the axis of rotation,
  • - Several cylinder recesses can be created in an engine, ie also correspondingly several pistons, connecting rods and eccentric shafts.
17. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Drehhubkolbengetriebe", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - eine Welle im Gehäuse drehbar gelagert ist, welche nachfolgend "Exzenterwelle" genannt wird,
  • - mit dieser Exzenterwelle eine Scheibe fest verbunden ist, welche nachfolgend "Exzenterscheibe" genannt wird,
  • - die Exzenterwelle und Exzenterscheibe so angeordnet sind, daß zwischen der Achse der Exzenterwelle und der Achse der Exzenterscheibe ein Abstand gegeben wird, welcher im folgenden "Exzentrität" genannt wird,
  • - ein Kolben mittig auf der Exzenterscheibe drehbar gelagert ist,
  • - dieser Kolben in Aussparungen in einem Rotor sich linear bewegen kann, so daß die Längsachse der Kolbenbewegung durch die Achse des Rotors geht,
  • - dieser Rotor im Gehäuse um seine Rotationsachse drehbar gelagert ist,
  • - zwischen der Achse des Rotors und der Achse der Exzenterwelle ein Abstand gegeben ist, welcher gleich groß wie obige Exzentrität ist,
  • - ein Getriebe die Bewegungen des Rotors und der Exzenterwelle dergestalt synchronisiert, daß beide sich gleichsinnig drehen, die Exzenterwelle jedoch mit doppelter Drehzahl des Rotors,
  • - dieses Getriebe so angelegt sein kann, daß ein Zahnrad mit der Exzenterwelle fest verbunden ist bzw. die Exzenterwelle in einem Teilbereich als Zahnrad ausgeformt ist und dieses Zahnrad in Eingriff steht mit einem Innenzahnkranz, welcher fest verbunden ist mit dem Rotor und der Radius des Zahnrades halb so groß ist wie der Radius des Innenzahnkranzes.
17. The claim relates to the invention of a structural element "rotary piston transmission", which is characterized in that
  • a shaft is rotatably mounted in the housing, which is called "eccentric shaft" below,
  • a disk is firmly connected to this eccentric shaft, hereinafter referred to as "eccentric disk",
  • the eccentric shaft and the eccentric disk are arranged in such a way that a distance is given between the axis of the eccentric shaft and the axis of the eccentric disk, hereinafter referred to as "eccentricity",
  • a piston is rotatably mounted in the center of the eccentric disc,
  • this piston can move linearly in recesses in a rotor, so that the longitudinal axis of the piston movement passes through the axis of the rotor,
  • this rotor is rotatably mounted in the housing about its axis of rotation,
  • there is a distance between the axis of the rotor and the axis of the eccentric shaft which is the same size as the above eccentricity,
  • a gear synchronizes the movements of the rotor and the eccentric shaft so that both rotate in the same direction, but the eccentric shaft at twice the speed of the rotor,
  • - This gear can be designed so that a gear is firmly connected to the eccentric shaft or the eccentric shaft is formed in a partial area as a gear and this gear is in engagement with an internal ring gear, which is firmly connected to the rotor and the radius of the gear is half the radius of the internal ring gear.
18. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Drehhubkolbenmaschine", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - diese Maschine basiert auf einem Drehhubkolbengetriebe gemäß Patentanspruch 16,
  • - wobei die Öffnungen der Zylinder kleiner als die Querschnittsfläche der Zylinderquerschnitts­ fläche sind, jedoch in Richtung Rotationsachse nahezu über die gesamte Breite des Zylinders reichen können, nicht mittig zum Zylinderquerschnitt angelegt sein müssen, sondern davon in Richtung des Drehsinns angeordnet sind,
  • - bei einer Pumpe die Gehäuseöffnungen des Einlasses relativ gering sind und die Gehäuse­ öffnungen des Auslasses relativ groß dimensioniert sind, bei einer Turbine umgekehrt dazu,
  • - in einer Maschine mehrere Zylinder angeordnet sein können,
  • - bei einer Turbine die Oberflächen der Kolben ganz oder teilweise schaufelförmig ausgeformt sein können.
18. The claim relates to the invention of a structural element "rotary piston machine", which is characterized in that
  • this machine is based on a rotary piston transmission according to claim 16,
  • the openings of the cylinders are smaller than the cross-sectional area of the cylinder cross-section, but can extend almost over the entire width of the cylinder in the direction of the axis of rotation, do not have to be arranged centrally to the cylinder cross-section, but are arranged in the direction of rotation thereof,
  • the housing openings of the inlet are relatively small in the case of a pump and the housing openings of the outlet are dimensioned relatively large, conversely in the case of a turbine,
  • several cylinders can be arranged in one machine,
  • - In the case of a turbine, the surfaces of the pistons can be shaped in whole or in part in the shape of a blade.
19. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Drehhubkolbenmotor", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - dieser Motor aus einem Funktionselement einer Pumpe entsprechend einer Drehhubkolben­ maschine entsprechend Patentanspruch 18 besteht,
  • - dieser Motor aus einem Funktionselement einer Turbine entsprechend einer Drehhubkolben­ maschine entsprechend Patentanspruch 18 besteht sowie
  • - zwischen beiden eine Brennkammer entsprechend Patentanspruch 10 angeordnet sein kann.
19. The claim relates to the invention of a structural element "rotary piston engine", which is characterized in that
  • - This motor consists of a functional element of a pump corresponding to a rotary piston machine according to claim 18,
  • - This motor consists of a functional element of a turbine corresponding to a rotary piston machine according to claim 18 and
  • - A combustion chamber can be arranged between the two according to claim 10.
20. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Tangentialturbine", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - Schaufeln am Mantel eines prinzipiell zylinderförmigen Rotors angeordnet sind,
  • - die Schaufeln durch prinzipiell ebene Innenwandungen gebildet werden, welche von der Manteloberfläche aus in zur tangentialen Richtung spitzem Winkel nach innen weisen,
  • - diese Innenwandungen am Mantel sich teilweise überlappen, wobei der nicht-überlappende Bereich im folgenden "Schaufelöffnung" genannt wird, der überlappende Bereich im folgenden "Schaufeltasche" genannt wird,
  • - der Bereich der Schaufelöffnungen also durch eine zur Manteloberfläche schräg stehende Innenwandung gebildet wird sowie durch Seitenwandungen, welche im Prinzip senkrecht zur Manteloberfläche weisen und stets von der Innenwandung bis zur Manteloberfläche reichen,
  • - diese Schaufelöffnungen in axialer Richtung in einen Bereich des Zuflusses von Fluid unterteilt sind, welcher im folgenden "Schaufeleinlaß" genannt wird, und einen Bereich des Abflusses von Fluid, welcher im folgenden "Schaufelauslaß" genannt wird,
  • - wobei der Bereich des Schaufeleinlaß und der Bereich des Schaufelauslaß durch einen am Mantel verlaufenden Steg getrennt sein können,
  • - im Bereich der Schaufeltasche die Innenwandung der einen Schaufel zugleich die Außen­ wandung der im Drehsinn des Rotors benachbarten Schaufel darstellt,
  • - diese Innenwandung und Außenwandung im Bereich der Schaufeltasche durch eine Wandung miteinander verbunden ist, welche im folgenden "Schaufelboden" genannt wird,
  • - dieser Schaufelboden einen im Prinzip halbkreisförmigen Querschnitt aufweist, d. h. obige Seitenwandungen in den Schaufelboden übergehen bzw. mit diesem verbunden sind, die Schaufel insgesamt damit einen prinzipiell u-förmigen Querschnitt aufweist,
  • - womit das durch den Schaufeleinlaß einfließende Fluid in der Schaufeltasche durch den Schaufelboden um etwa 180 Grad umgelenkt wird und durch den Schaufelauslaß den Rotor wieder verläßt,
  • - wobei der Schaufeleinlaß wie der Schaufelauslaß außen am Mantel eines prinzipiell zylinder­ förmigen Rotors angeordnet sein kann oder alternativ dazu ein prinzipiell ringförmiger Zylinder als Rotor eingesetzt wird und der Schaufeleinlaß außen am Rotor und der Schaufelauslaß innen am Rotor angeordnet werden kann bzw. umgekehrt,
  • - wobei stets der Schaufeleinlaß auf einer anderen axialen Ebene des Rotormantels als der Schaufelauslaß sich befindet,
  • - diese Schaufeln nicht am Mantel eines Rotors angeordnet sind sondern alternativ dazu und in analoger Weise im äußeren Bereich eines prinzipiell scheibenförmigen Rotors,
  • - wobei wiederum der Schaufeleinlaß und der Schaufelauslaß auf einer Seite dieser Rotorscheibe angeordnet sein können oder vorzugsweise der Schaufeleinlaß auf einer Seite dieser Rotor­ scheibe und der Schaufelauslaß auf der anderen Seite dieser Rotorscheibe angeordnet ist,
  • - wobei stets der Schaufeleinlaß auf einer anderen radialen Ebene der Rotorscheibe als der Schaufelauslaß sich befindet,
  • - bei jeder der obigen Varianten entsprechende Schaufeln im Gehäuse angeordnet sein können, deren prinzipiell u-förmiger Querschnitt in die entgegen gesetzte Richtung zu den Schaufeln des Rotors weist,
  • - bei einer Anordnung der Schaufeln auf einer im Prinzip zylinderförmigen Manteloberfläche diese Gehäuseschaufeln im Prinzip um eine halbe Schaufelbreite gegenüber den Rotorschaufeln in axialer Richtung versetzt angeordnet sind, wobei im Rotor wie im Gehäuse mehrere Schaufel­ kränze des Rotors und entsprechende Schaufelkränze des Gehäuses in axialer Richtung jeweils neben einander angeordnet sein können,
  • - bei einer Anordnung der Schaufeln auf einem im Prinzip scheibenförmigen Rotor in entsprech­ ender Weise mehrere Rotorscheiben und entsprechende Gehäusescheiben in axialer Richtung neben einander angeordnet sein können.
20. The claim relates to the invention of a construction element "tangential turbine", which is characterized in that
  • Blades are arranged on the jacket of a basically cylindrical rotor,
  • the blades are formed by principally flat inner walls which point inwards from the surface of the casing at an acute angle to the tangential direction,
  • these inner walls on the jacket partially overlap, the non-overlapping area being referred to as "scoop opening" in the following, the overlapping area being referred to as "scoop pocket" below,
  • the area of the blade openings is thus formed by an inner wall which is inclined to the surface of the shell and by side walls which in principle are perpendicular to the surface of the shell and always extend from the inner wall to the surface of the shell,
  • these blade openings are divided in the axial direction into a region of the inflow of fluid, which is hereinafter referred to as "blade inlet", and a region of the outflow of fluid, which is hereinafter referred to as "blade outlet",
  • the area of the blade inlet and the area of the blade outlet can be separated by a web running on the jacket,
  • - In the area of the blade pocket, the inner wall of one blade also represents the outer wall of the blade adjacent in the direction of rotation of the rotor,
  • this inner wall and outer wall in the area of the shovel pocket are connected to one another by a wall, which is called "shovel bottom" in the following,
  • this blade base has a cross section which is in principle semicircular, ie the above side walls merge into the blade base or are connected to it, the blade as a whole thus has a generally U-shaped cross section,
  • - With which the fluid flowing in through the blade inlet is deflected in the blade pocket through the blade bottom by approximately 180 degrees and leaves the rotor again through the blade outlet,
  • the blade inlet, like the blade outlet, can be arranged on the outside of the jacket of a basically cylindrical rotor or, alternatively, a basically ring-shaped cylinder can be used as a rotor and the blade inlet can be arranged on the outside of the rotor and the blade outlet on the inside of the rotor or vice versa,
  • the blade inlet is always located on a different axial plane of the rotor shell than the blade outlet,
  • these blades are not arranged on the casing of a rotor, but instead as an alternative and in an analogous manner in the outer region of a basically disk-shaped rotor,
  • - Again, the blade inlet and the blade outlet can be arranged on one side of this rotor disk or preferably the blade inlet on one side of this rotor disk and the blade outlet is arranged on the other side of this rotor disk,
  • the blade inlet is always located on a different radial plane of the rotor disk than the blade outlet,
  • in each of the above variants, corresponding blades can be arranged in the housing, the generally U-shaped cross section of which points in the opposite direction to the blades of the rotor,
  • - In the case of an arrangement of the blades on a basically cylindrical jacket surface, these housing blades are in principle offset by half a blade width with respect to the rotor blades in the axial direction, with several blade rings of the rotor and corresponding blade rings of the housing in the axial direction in each case in the rotor and in the housing can be arranged side by side,
  • - With an arrangement of the blades on a basically disc-shaped rotor in a corresponding manner, several rotor disks and corresponding housing disks can be arranged next to one another in the axial direction.
21. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Axialturbine", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - im Einlaßbereich der Turbine das Fluid zunächst in eine prinzipiell parallel zur Rotationsachsen weisenden Richtung umgelenkt wird,
  • - dabei in Rotorkanälen geführt wird, welche eine beliebige Form von Querschnitt aufweisen können, vorzugsweise jedoch runden Querschnitt oder rechteckigen Querschnitt mit gerundeten Ecken aufweisen werden,
  • - diese Rotorkanäle feste Bestandteile des Rotors darstellen und prinzipiell am Mantel eines Rotors von hinten nach vorn verlaufen und dabei derart gewendelt sind, daß sie die Bahn einer Drallbewegung abbilden,
  • - indem die Rotorkanäle um eine Dralldrehachse nach außen und gegen den Drehsinn des Rotors und wieder zurück nach innen bis zum Radius der Dralldrehachse geführt werden, also in axialer Blickrichtung im Prinzip einen Kreisbogen von etwas mehr als 180 Grad beschreiben, welcher im folgenden als eine "Wendelphase" bezeichnet wird,
  • - am Ende dieser Wendelphase der Rotorkanal erneut eine Wendelphase beschreiben kann, wobei die erneute Wendelung um eine neue Dralldrehachse erfolgt, welche gegenüber der vorigen Dralldrehachse etwa um den Durchmesser vorigen Kreisbogens gegen den Drehsinn des Rotors verlagert ist.
21. The claim relates to the invention of a structural element "axial turbine", which is characterized in that
  • in the inlet region of the turbine, the fluid is first deflected in a direction that is basically parallel to the axes of rotation,
  • is guided in rotor channels which can have any shape of cross-section, but preferably will have a round cross-section or a rectangular cross-section with rounded corners,
  • these rotor channels represent integral parts of the rotor and, in principle, run from the rear to the front on the jacket of a rotor and are coiled in such a way that they represent the path of a swirl movement,
  • - By guiding the rotor channels outward and counter to the direction of rotation of the rotor and back inward up to the radius of the swirl axis of rotation, i.e. in principle in the axial direction of view, describe a circular arc of somewhat more than 180 degrees, which in the following is described as a " Spiral phase ",
  • - At the end of this helical phase, the rotor channel can again describe a helical phase, the renewed helix being carried out about a new swirl axis of rotation, which is shifted relative to the previous swirl axis of rotation about the diameter of the previous circular arc against the direction of rotation of the rotor.
22. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Strahltriebwerk", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß
  • - es durch diverse Konstruktionselemente entsprechend vorstehender Patentansprüche zusammen gesetzt ist, beispielsweise einem Vordrallerzeuger, einer Potentialdrallpumpe, einer Brenn­ kammer, einer Tangentialturbine oder einer Axialturbine.
22. The claim relates to the invention of a structural element "jet engine", which is characterized in that
  • - It is composed by various construction elements according to the preceding claims, for example a pre-swirl generator, a potential swirl pump, a combustion chamber, a tangential turbine or an axial turbine.
23. Der Patentanspruch bezieht sich auf eine Kombination zweier oder mehrerer Konstruktions­ elemente entsprechend vorstehenden Patentansprüchen, welche eine andere Zielsetzung erfüllen als in Patentanspruch 22 genannt.23. The claim relates to a combination of two or more construction elements according to the preceding claims, which fulfill another objective as mentioned in claim 22.
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