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Brennkraft-Turbine.
Die Erfindung bezieht sich auf Brennkraft (Explosions) turbinen und bezweckt, bei einer ausserordentlich einfachen Konstruktion einen verhältnismässig günstigen Nutzeffekt zu erzielen.
Die Turbine gemäss der Erfindung ist von jener an sich bekannten Bauart, bei welcher ein in einem feststehenden Gehäuse sich drehender Körper an seinem Umfang eine oder mehrere Kammern aufweist, welche, wenn der durch die Verbrennung entstandene Überdruck zur Geltung kommt, mit einer Kammer oder Ausnehmung des Gehäuses zusammenwirken. Man hat bereits vorgeschlagen, die vordere Wand der Rotorkammer, nämlich diejenige, welche bei der stets in derselben Richtung erfolgenden Drehung zuerst kommt, so anzuordnen, dass sie ungefähr in einer radialen Fläche liegt. Dabei wurde angenommen, dass bloss infolge der eigenartigen Form der Rotor-und Statorkammer die Drehung in der einen Richtung aufrechterhalten wird.
Dieser Effekt kommt aber entweder überhaupt nicht zustande oder aber unter Mitwirkung der Trägheit des einmal in Bewegung befindlichen Rotors nur in einem sehr beschränkten Ausmass.
Bei der Turbine gemäss der vorliegenden Erfindung ist die Gesamtanordnung eine derartige und alle den Zeitpunkt des Entstehen des Überdruckes bestimmenden Faktoren sind so gewählt, dass dieser Überdruck in dem Momente entsteht, in welchem die Kommunikation zwischen Rotorkammer und Auspufföffnung des Gehäuses beginnt. Dieser Zeitpunkt wird nicht nur durch die Lage der die Explosion oder Verbrennung bewirkenden Einrichtung (Zündkerze, Einspritzdüse od. dgl.) gegenüber der in der Drehrichtung des Rotors vorne liegenden Kante der Auspufföffnung, sondern auch durch die Art des Betriebsstoffes, die Dichte bzw. den Schwängerungsgrad des Gasgemisches, seine Temperatur u. dgl. bestimmt.
[n der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht, u. zw. zeigen die Fig. 1,2 und 3 je eine derselben im schematischen Querschnitt mit verschiedenen Hilfseinrichtungen teils im Schnitt, teils in Ansicht, Fig. 4 einen einfachen Rotor in schematischer, perspektivischer Darstellung, Fig. 5 Einzelheiten der Turbine nach Fig. 3 im Schnitt und in vergrössertem Massstab und Fig. 6 die perspektivische Ansicht eines Rotors mit einer grösseren Anzahl von Kammern.
Wie die Pfeile anzeigen, ist die Drehung des Rotors in allen Fällen im Sinne des Uhrzeigers gedacht. Der Rotor a enthält zum mindesten eine die Explosionskammer bildende Ausnehmung b, deren Vorderwand, zum mindesten, soweit ihre Ränder in Betracht kommen, in radialer Richtung liegt und mit der zylindrischen Mantelfläche des Rotors eine scharfe Kante d bildet. Dieser zylindrische Rotor ist zweckmässig aus Metall (z. B. Stahl), mit polierter Fläche ausgeführt, entweder massiv oder hohl und kann mit irgendeiner der bekannten Ein- richtungen für Kühlung durch innere Zirkulation eines Fluidums (Luft. Wasser, Öl usw. ) aus- gestattet sein.
Die Kammer hat, wie in den Fig. 1-5 dargestellt ist. zweckmässig die folgende Form : Von den im Rotormantel liegenden Rändern verlaufen zwei parallel zur Rotorachse und
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liegt, dies so, dass er sich an den unteren Rand der vorderen Kammerwand bOO anschliesst und nach hinten zu ohne scharfe Kante in den Rotormantel übergeht.
Der Stator e, dessen zylindrische, abdichtende Gleitfläche den Rotor zum mindesten auf einen Teil seines Umfanges umschliesst, weist zum mindesten eine Auspufföffnung e auf. Er bildet ein zylindrisches Gehäuse, dessen zylindrische Gleitfläche ebenfalls poliert ist und einen solchen Durchmesser aufweist, dass sich der Rotor darin bei genügender zweckmässiger Schmierung ohne Spielraum und dichtend drehen lässt. Die Auspufföffnung e hat eine solche Form, dass der Beginn der Kommunikation zwischen ihr und der Kammer b auf der ganzen Länge der Vorderkante d stattfindet, zweckmässig eine rechteckige, wenn, wie angenommen, die Kammerränder auch ein gekrümmtes Rechteck bilden.
Die Einrichtung zur Erzeugung des Überdruckes in dem beabsichtigten Moment besteht bei der Ausführung nach Fig. 1 aus folgenden zwei Teilen : Erstens einer Speiseeinrichtung, beispielsweise einem Kompressor f irgendwelcher Art mit Flügeln oder Kolben, der das von einem Karburator 9 gelieferte Gasgemisch ansaugt und durch einen Kanal bzw. eine im Gehäuse vorgesehene, von der Kammer b bestrichene Öffnung i beim Vorübergehen der letzteren in diese treibt ; zweitens einer Zündvorrichtung, z. B. einem Draht j, der von der Gehäusemasse elektrisch isoliert ist, durch einen elektrischen Strom rotglühend erhalten wird und zweckmässig in sehr geringer Entfernung (beispielsweise nur um einige Winkelgrade) von der vorderen Kante der Auspufföffnung e angeordnet ist.
Durch diesen Draht wird das Gasgemisch in dem Moment entzündet, wenn die vordere Kante der Explosionskammer und die der Auspuff- öffnung nur mehr um einige Grade voneinander entfernt sind, also ganz knapp bevor die Kommunikation zwischen Kammer und Auspufföffnung beginnt. Die Auspufföffnung ist im Gehäuse selbstverständlich so angeordnet, dass die Explosionskammer im Moment der Explosion nicht gleichzeitig auch mit einer andern Öffnung zusammenfällt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist ausser den bisher beschriebenen Einrichtungen auch noch eine Einrichtung für das Hinaustreiben der verbrannten Gase aus der Kammer b vorgesehen. Ein Kompressor oder Ventilator le treibt durch eine Öffnung l Luft in die Bahn der Kammer a. Da der Abstand der Öffnung l von der Auspufföffnung so gering ist, dass die Kammer a gleichzeitig mit beiden Öffnungen zusammenfallen kann, werden die verbrannten Gase vom Luftstrom durch die Auspufföffnung e hinausgetrieben.
Weiters ist bei dieser Ausführungsform auch eine Einrichtung vorgesehen, durch welche eine vollständige Füllung der Kammer b gesichert wird. Vom Kompressor f führt, wie schon
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in welchem ein gewisser Druck herrscht, beispielsweise ein solcher von 6 Atm. Von einem Punkt des Kompressors t, an welchem ein geringerer Druck herrscht, beispielsweise ein solcher von 5 Atm., ist ein Kanal m abgezweigt, der zu einer Öffnung n der Gehäusewand führt. Der Abstand dieser zweiten Öffnung n von der Öffnung i ist so gering, dass beide Öffnungen gleichzeitig von der Explosionskammer bestrichen werden können. Hiebei entsteht eine Zirkulation
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gesichert ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist eine Einrichtung vorgesehen. durch welche die Explosionskammer mit sehr stark komprimierter und erhitzter Luft gefüllt wird, beispielsweise unter einem Druck von 50 Atm. und bei einer Temperatur von 200 C. Diese Einrichtung kann in einem einfachen Kompressor o geeigneter Konstruktion bestehen, der die komprimierte heisse Luft durch die Öffnung p in die Kammer treibt, wenn diese vorüberkommt. Der in diesem Falle flüssige oder pulverförmige Brennstoff wird durch einen Injektor q. wie solche für Verbrennungsmotoren bereits bekannt sind, hineingetrieben bzw. eingespritzt, u. zw. knapp bevor die Kommunikation zwischen bund e eintritt, zu welchem Zwecke die Einspritzmündung möglichst nahe der Auspufföffnung angeordnet ist. Der Injektor kann beliebigen Systems sein, z.
B. von der Art mit einer Nadel bzw. einem sogenannten Körner r (Fig. 5), und von einer Nocke s aus betätigt werden, deren Welle durch Zahnräder mit dem Rotor zweckdienlich verbunden ist, oder durch sonst eine geeignete Steuerung. In jedem Falle muss aber der Nadelhub in dem Momente knapp vor Herstellung der Kommunikation stattfinden.
Mit dieser Einrichtung kann auch die schon beschriebene Einrichtung für das Hinausspülen der verbrannten Gase kombiniert werden.
Schliesslich kann der Überdruck auch in einer Weise hergestellt werden, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, nämlich derart, dass die Explosion in einer Kammer stattfindet, die im Stator vorgesehen ist und welche mit dem Gehäuseraum durch eine Öffnung kommuniziert, die der Auspufföffnung so nahe liegt, dass beide Öffnungen gleichzeitig von der Kammer b bestrichen werden können.
Die Wirkung der Einrichtung ist (abgesehen von der Ladung und der Abfuhr der ver- brannten Gase, die keiner Erörterung bedürfen), folgende ;
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Die plötzlich eintretende Druckerhöhung, sie mag durch Entzündung eines schwächer komprimierten Gemisches oder durch Einführung eines flüssigen bzw. pulverförmigen Brennstoffes in stark komprimierte und hoch erhitzte Luft herbeigeführt werden, nimmt in dem Momente, in welchem die vordere Kante b mit der vorderen Kante der Auspufföffnung nahezu zusammenfällt, ihren Ausgang von einer Stelle, die der letzteren sehr nahe liegt.
Sobald die geringste Kommunikation hergestellt ist, wirkt das Fluidum, das sich zu entspannen sucht, derart, dass es die beiden Ränder der entstandenen Öffnung auseinander zu treiben sucht, wodurch sich in erster Linie eine treibende Wirkung ergibt. Unverzüglich hierauf findet in der Nähe der Vorderwand der Kammer b eine örtliche Druckverminderung statt, die Masse des in der Kammer befindlichen Gases stürzt sich gegen diese Vorderwand, so dass eine zweite treibende Wirkung resultiert.
Es ergibt sich also jedesmal, wenn eine Kammer bei einer Auspufföffnung vorüberkommt. ein treibender Impuls. Wenn man nun eine grössere Anzahl von Kammern b so anordnet, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, nämlich hintereinander auf dem gleichen Peripheriestreifen des Rotors in gleichen Abständen und nebeneinander, so dass sie gegen die Kammer des vorhergehenden Peripheriestreifens versetzt sind, wobei für alle Kammern eine einzige, gemeinsame,
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praktisch genommen kontinuierliche Treibwirkung.
Selbstverständlich muss für Schmierung gesorgt sein, sei es durch Einrichtungen, die unter Druck arbeiten, durch Ölnuten oder sonst wie.
Die Anordnung kann, abweichend von der dargestellten Ausführung auch so getroffen sein, dass der Rotor aussen und der Stator innen angeordnet ist. Auch kann die Zuführung des karburierten Gemisches bzw. der Spülluft durch Öffnungen erfolgen, die nicht in der Hauptgleitfläche des Stators liegen, sondern in einer zweiten, konzentrisch zur ersten angeordneten.
Schliesslich kann die Kammer b mit Ausnahme ihrer wirksamen Teile, d. i. der Kante d und der Wand & *, irgendeine andere Form erhalten als die dargestellte.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Brennkraftturbine, bestehend aus einem Rotor mit mindestens einer Ausnehmung, welche vorne, nämlich auf der bei der Drehung in der ein für allemal festgelegten Richtung zuerst kommenden Seite, durch eine mindestens nahe der Randkante radial verlaufenden Fläche begrenzt wird, und aus einem Stator, der den auf den ganzen Umfang des Rotors oder einen Teil desselben sich erstreckenden Spiegel bildet und mit mindestens einer Auspufföffnung versehen ist, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung, dass in der Rotorausnehmung in dem Momente, in welchem die Kommunikation zwischen Ausnehmung und Auspufföffnung beginnt, infolge einer Explosion oder Verbrennung ein Überdruck entsteht.