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Durch die Ausdehnung einer Flüssigkeit betätigte Wärmekraftmaschine.
Die Erfindung betrifft durch die Ausdehnung von Flüssigkeiten betätigte Wärmekraftmaschinen und besteht in einer Einrichtung, durch welche das Arbeitsmittel abwechselnd mittels eines Stempels oder Kolbens von dem einen zum andern Ende eines Zylinders verschoben wird, dessen eines Ende mittels einer aussen angeordneten Wärmequelle auf einer hohen Temperatur erhalten und dessen anderes Ende mittels strömenden Wassers oder anderer geeigneter Mitte ! gekühlt ist. Das Arbeitsmittel ist eine Flüssig- keit von hoher Wärmeleitungsfähigkeit, die die erforderliche Temperatur ohne Zustandsänderung aus- zuhalten vermag. Geeignete Flüssigkeiten sind beispielsweise Quecksilber oder Bleiamalgam.
Innerhalb des Zylinders und mit dem Presskolben nachgiebig verbunden ist eine im nachstehenden als Verdränger bezeichnete Vorrichtung, durch oder um die herum das Arbeitsmittel auf seinem Weg von einem Zylinderende zum andern gehen muss. Der Verdränger bewegt sich mit dem Presskolben nur auf einem Teil des Hubes und Rückhubes und wird durch Anschläge gehemmt, die im Zylinder für den letzten Teil jedes Hubes vorgesehen sind. Während sich der Versehieber mit dem Presskolben bewegt, ist der Druck im Zylinder konstant, und wenn der Kolben den Rest seines Hubes vollendet, wird der Druck vom tiefsten bis zum höchsten Wert gesteigert oder vom höchsten auf den tiefsten Wert herabgesetzt.
Der Überschuss der ausgeübten Kraft über jene, die aufgezehrt wird, tritt während des Zeitraumes auf, während dessen sich der Presskolben und der Verdränger zusammen unter konstant hohem Druck bewegen ; in der Zeit, während der sich der Presskolben und der Verdränger zusammen unter konstant niederem Druck bewegen, wird nur eine verhältnismässig geringe Kraftmenge aufgezehrt. Die während der zwei Perioden des Kreisprozesses, während deren der Verdränger feststeht, aufgezehrt und abgegebene
Kraft hält sich annähernd das Gleichgewicht.
Wenn das Arbeitsmittel durch oder um den Verdränger herumgeht, wird seine Temperatur erhöht oder erniedrigt ; wenn aber auch die Temperaturdifferenz zwischen den Enden des Zylinders bis auf einige hundert Grade ansteigen kann, ist die Temperaturhöhe eines einzelnen Teiles des Mittels sehr begrenzt und hängt von dessen tatsächlicher Verschiebung im Zylinder ab.
Der Presskolben kann in irgend einer bekannten Weise mit einer Kurbelwelle verbunden sein, die jedoch beispielsweise für Pumpenantrieb entfallen kann. Es können mehrere Zylinder mit ihren Presskolben und Verschiebungseinrichtul1gen zwecks gemeinschaftlicher Wirkung vorgesehen sein.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ein Zylinder und Presskolben gemäss der Erfindung dargestellt, während die Fig. 2-5 den Presskolben und Verdränger in verschiedenen Stellungen des Arbeitsspieles zeigen. In Fig. 1 ist 1 ein verhältnismässig langer und enger Stahlzylinder, der am Ende 2 geschlossen ist Dieses Zylinderende wird mittels einer geeigneten Wärmequelle auf hoher Temperatur erhalten. Ein Presskolben. 3 ist mittels eines Keiles 4 mit einem Muffenrohr 5 verbunden, das an einem Bolzen 6 des Kreuzkopfes 7 befestigt ist, welch letzterer in bekannter Weise mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Pleuelstange und Kurbel verbunden ist.
Der Presskolben 3 wird in einer feststehenden Führung 8 hin-und herbewegt, die innerhalb des Muffenrohres 5 und mit diesem gleichachsig angeordnet ist. Ein Schlitz 9 in der Führung 8 ermöglicht die Längsbewegung des Keiles 4 ; die Führung ist mit Schraubengewinde 10 versehen, das in ein Innengewinde 11 an einem Ende einer Stopfbüchse 12 eingreift, deren anderes Ende in den Zylinder 1 reicht. Die Bohrung der Stopfbüchse ist zur Aufnahme der Kolbenführung erweitert und ein Lederstulp 1,, , der an einem Absatz 14 der Stopfbüchse anliegt, verhindert den Luftzutritt oder das Entweichen von Flüssigkeit in diesem Teile des Kolbenhubes. Eine Öffnung 15
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in der Stopfbüchse 12 ermöglicht die Anbringung eines Manometers an diesem Teil und andere Öffnungen M und 17 dienen als Einlass bzw.
Auslass von Schmieröl für die Stopfbüchse. In der Zeichnung sind diese Öffnungen mittels Verschlusspfropfen verschlossen gezeichnet. Das Innenende 18 der Stopfbüchse ist in die Bohrung 19 des Zylinders 1 eingepasst und ein verstärkter Teil 20 der Stopfbüchse stützt sich auf eine
Schulter 21 der Wandung des Zylinders, dessen Bohrung an dem Aussenende erweitert und mit Gewinde versehen ist, um das Aussengewinde einer Stopfbüchsenmutter 22 aufzunehmen.
Der Presskolben 3 ist soweit verlängert, dass er am Ende seines Einwärtshubes annähernd bis an die Innenwandung 23 des geschlossenen Zylinderendes reicht. Der Kolben ist von jnem Verdränger 24 umschlossen, der beim gezeichneten Ausführungsbeispiel aus einem Rohr 25 besteht, das eine poröse Masse, beispielsweise feine Drähte, enthält ; das Rohr 25 ist an beiden Enden in zylindrischen Ringstücken 26 und 27 gehalten, die lose in die Zylinderbohrung passen. Der Verdränger bewegt sich mit dem Presskolben nur auf einem Teil der hin-und hergehenden Bewegung des letzteren.
Zu diesem Zweck ist eine nachgiebige Verbindung zwischen dem Presskolben und dem Verdränger durch eine Feder 28 geschaffen, die an der Wandung des Rohres 25 befestigt ist und eine Warze 29 trägt, die in eine Öse 30 des Rohres 25 passt und in Ausnehmungen 31 und 32 im Kolben 3 eintreten kann. In der in Fig. 1 gezeigten Stellung sind sowohl der Verdränger als auch der Kolben an der Grenze ihres Einwärtshubes ; beim Aushub nimmt der Kolben den Verdränger 24 mit, bis dessen Endstück 26 das Ende 18 der Stopfbüchse 12 erreicht.
Die Warze 29 der Feder 28 tritt dann aus der Ausnehmung. 31 zurÜck und der Kolben setzt die Bewegung fort, während der Verdränger stehen bleibt.
Der Raum im Zylinder, der nicht vom Kolben und vom Verdränger eingenommen wird, ist mit dem Arbeitsmittel, z. B. einen bewegliehen Bleiamalgam, ausgefüllt.
Während des ersten Teiles des Einwärtshubes des Presskolbens bewegen sich Kolben und Verdränger gemeinsam und die Warze 29 greift in die Ausnehmung 32 ein ; ist der halbe Hub vollendet, so erreicht das Ende 27 des Verdrängers das Ende 23 der Zylinderbohrung und der Verdränger bleibt stehen, während der Kolben seinen Hub fortsetzt.
Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel ist angenommen, dass die Längsbewegung des Verdrängers die Hälfte jener des Kolbens beträgt ; es können jedoch auch je nach dem Masse der Volumsverminderung des Arbeitsmittels und dem Höchstwert des zulässigen Druckes andere Verhältnisse angenommen werden.
Der Zylinder wird mittels strömenden Wassers oder in anderer entsprechender Weise an dem Stopfbüchsenende gekühlt, während er an dem geschlossenen Ende, wie früher bemerkt, erhitzt wird.
Unter der Annahme, dass sich die mittels des Kreuzkopfes 7 betätigte Kurbel ursprünglich in ihrem vom Zylinder am weitesten entfernten Todpunkt befindet, wird das Arbeitsspiel nach den Fig. 2-5 vor sich gehen. Während des ersten Viertels der Kurbelumdrehung bewegen sich der Verdränger 24 und der Presskolben 3 miteinander gegen das geschlossene Zylinderende und der grössere Teil des Arbeitsmittels wird von dem heissen Ende 23 zu dem kalten Ende 18 des Zylinders verschoben (Fig. 2) ; diese Verschiebung erfolgt bei einem konstant niederen Druck.
Im zweiten Viertel der Umdrehung bleibt der Verdränger, der im ersten Viertel das Ende 23 des Zylinders erreicht hat, stillstehen, der Presskolben 3 setzt seine Bewegung gegen das Ende des Zylinders fort und steigert den Druck des Arbeitsmittels bis zu seinem Höchstwert ; die gesamte Flüssigkeit ist nun zu dem kühlen Ende des Zylinders befördert und die Teile befinden sich in der in Fig. 3 dargestellten Lage.
Im dritten Viertel der Kurbelumdrehung bewegen sieh der Presskolben und der Verschieber zusammen vom heissen gegen das kalte Ende des Zylinders, bis der Verdränger am Ende 18 der Stopfbüchse anlangt ; dieser Hub wird unter konstantem Hochdruck bewirkt und bildet die Kraftquelle der Maschine.
Im letzten Viertel bewegt sich der Presskolben allein und erreicht wieder seine Anfangsstellung, wobei der Druck des Arbeitsmittels vom höchsten auf den niedersten Wert herabgesetzt wird.
Im ersten Viertel der Umdrehung wird nur jene Kraft aufgezehrt, die erforderlich ist, die Flüssigkeit durch den Verschieber vom heissen zum kalten Zylinderende zu treiben und die Reibung der sich bewegenden Teile zu überwinden.
Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Presskolbens und der Querschnittsfläche des Ver-
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mittels bestimmt.
Die zur Anwendung gelangenden Höchsttemperaturen und-drücke sind durch die Widerstands- fähigkeit des Metalles begrenzt, aus dem das heisse Zylinderende hergestellt ist.
Da die Temperatur jedes Teiles der Flüssigkeit bei jeder Umdrehung der Kurbel erhöht und dann vermindert werden muss, ist es wichtig, dass der Verdränger eine im Verhältnis zur Masse der enthaltenen Flüssigkeit grosse Leitungsoberfläche aufweist.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind keine Ventile und nur eine Stopfbüchse vorgesehen und es verbleibt während des Ganges der Maschine die gleiche Flüssigkeitsmenge ohne Zustandsändernng im Zylinder.
Die beschriebene Anordnung kann verschiedene Abänderungen erfahren ; der Verdränger kann beispielsweise massiv sein oder aus einigen festen Stangen bestehen, oder die Innenfläche des Zylinders kann in der Richtung des Umfanges oder der Länge nach nut Riefen versehen sein.