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Vorrichtung zum Bewegen eines Gases Die Erfindung betrifft eine statische
Vorrichtung, d. h. eine Vorrichtung ohne bewegte Teile, mit der man ein Gas vermittels
einer anderen kleineren Masse eines unter Druck stehenden Mediums in Bewegung setzen
kann.
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Bei den klassischen Gasturbinen oder den Turboreaktoren der Flugzeuge
ist ein Kreislauf vorhanden, bei dem einGas nacheinander in einemUmlaufverdichter
komprimiert und dann in einer Turbine entspannt wird, wobei die innere Energie des
Gases zwischen dem Kompressor und der Turbine vermittels eines Brenners derart erhöht
wird"daß man in der Turbine mehr Energie gewinnen kann, als man im Kompressor aufwendet,
somit die überschüssige Energie als verwendbare Energie zur Verfügung steht.
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Es sind bereits Vorrichtungen zum Bewegen einer Masse eines Gases
mittels einer anderen Masse eines unter Druck stehenden Mittels bekanntgeworden;
bei der ein Primärrohr vorgesehen ist, das durch einen Spalt versorgt wird, durch
den,das Druckmittel austritt, wobei das Primärrohr in den konvergierenden Teil eines
Sekundärrohres mündet, das an seinem stromaufwärtigen Ende zu dem zu bewegenden
Gas hin geöffnet und an seinem stromabwärtigen Ende so ausgebildet ist, daß es eine
Mischung aus dem eintretenden Mittel und dem zu bewegenden Gas abgeben kann. Jedoch
sind bei diesen bekannten Vorrichtungen die Spalte durchweg so angebracht, daß die
im konvergierenden Teil der Sekundärrohre auftretenden Wirkungen nur zu einem kleinen
Teil oder gar nicht ausgenutzt werden. Außerdem werd bei diesen bekannten Vorrichtungen
die innere Energie des Arbeitsmediums an der Drosselstelle des Venturirohres nicht
erhöht, so daß diese bekannten Vorrichtungen einen verhältnismäßig geringen Wirkungsgrad
haben.
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Im vorliegenden Falle wird ebenfalls ein Kreislauf verwendet, in dem
ein -gasförmiges Medium zwei inversen Behandlungen unterworfen wird;' zwischen denen
seine Energie so erhöht wird, daß man am Schluß eine verwendbare Energie zur Verfügung
hat.
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Hierbei wird ein Medium zunächst entspannt und dann komprimiert, und
zwischen diesen beiden Arbeits# vorgängen wird die innere Energie des Mediums erhöht,
wobei alle diese drei Behandlungen ohne Verwendung bewegter Teile vorgenommen werden.
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Die beiden Arbeitsgänge der Entspannung und der Kompression finden
in einem Venturirohr mit kreisförmigem Querschnitt statt, wobei die Entspannung
in an sich bekannter Weise in konvergierenden und die Kompression im divergierenden
Teil vorgenommen wird, während die Vergrößerung der Energie im konvergierenden Teil,
das immer in der Venturikehle mündet, vorgenommen wird. Dazu sieht man ein ebenfalls
konvergent-divergent ausgebildetes Ringrohr vor, das in den konvergierenden Teil
des Rohres mit kreisförmigem Querschnitt mündet, wobei dieses Ringrohr mit einem
Druckmedium durch einen Spalt versorgt wird, bei dem eine der Lippen seiner Mündung
verlängert ist und wenigstens eine der Wände des konvergent-divergenten Ringrohres
bildet.
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Die Erfindung beruht auf der Eigenschaft der Venturirohre, bei denen
- abgesehen von Verlusten -ein Teil der potentiellen Energie des hindurchströmenden
Gases, die am Eingang des konvergierenden Teiles vorhanden ist, in der Venturikehle,
in der die Strömungsgeschwindigkeit des Medium ihren maximalen Wert erreicht, in
kinetische Energie umgewandelt wird, worauf in umgekehrter Weise ;die Erhöhung der
kinetischen Energie im divergierenden Teil des Venturirohres in potentielle Energie
zurückverwandelt wird. Man findet also die gleiche potentielle Energie und die gleiche
kinetische Energie am Ausgang des divergierenden Teiles, wie am Eingang,des konvergierenden
Teiles vor, vorausgesetzt .daß die Eintritts-und Austrittsquerschnitte gleich sind
und daß keine Verluste auftreten, was allerdings nur in der Theorie möglich ist.
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Bei einer statischen Vorrichtung zum Bewegen .einer Gasmasse vermittels
einer anderen kleineren Masse eines unter Druck stehenden Mediums, wobei wenigstens
ein venturiartiges Ringrohr oder Primärrohr vorgesehen ist, das -durch wenigstens
einen Spalt mit dem Druckmedium versorgt wird, und wobei dieser Spalt in ein zweites
oder sekundäres, venturiartiges, kreisförmiges Rohr mündet, wird ein ausgezeichneter
Wirkungsgrad ohne Verwendung bewegter Teile erfindungsgemäß ,dadurch erreicht, daß
das ringförmige
Rohr in das kreisförmige 'über wenigstens einen
Spalt mündet, der im konvergierenden Teil :des kreisförmigen Rohres derart angeordnet
ist, daß die innere Energie des Gases in der Gegend -der Kehle des ring-, fürmigen
Rohres so westerhöht wird, daß: die Energie _ des Gases bei seinem- Austritt aus
'dem Ringrohr größer ist -als bei seinem Eintritt.
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Nach -einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist diese Vorrichtung
so ausgebildet, daß die Lippe oder die Lippen- wenigstens eines Spaltes, durch den
wenigstens ein Primärrohr mit Druckmedium versorgt wird, in der Gegend der Mündung
dieses Spaltes eine Mäandexform aufweisen, die eine Krümmung hat, die invers zur
Krümmung der Verlängerung des Spaltes ist, der -eine der Wände des primären Venturirohres
bildet, - so daß. -ein Rohr mit inversem Schub gebildet wird. - -. Weiterhin hat
es sich--als zweckmäßig erwiesen; mehrere Sätze von Primär- und Sekundärrohren koaxial
anzuordnen oder nach=-einer anderen Ausführungsform der Erfindung eigen Satz von
Primärrohren so-anzuordnen; daß -die-Achsen der Röhre auf einem Kegelmantel liegen,--w
abei die Strömungsrichtung der einzelnen Rohre zur, Spitze des Kegels zeigt: - Eine-besonders
zweckrn4ge Ausführungsform ' ergibt sich, wenn Spalt so ausbildet, daß sich nach
,der Mündung-des Spaltes in das Sekundärrohr ein Luftpolster derart ausbildet, daß
dieses Luftpolster die FunlAion eines sonst zur Führung der angesaugten Gage =dienenden
Umdrehungskörpers übernimmt.
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Zum besseren Verstänclriis der Erfindung wird sie im folgenden anHand
spe-iellerAusführungsbeispiele beschrieben,- die schematisch-' iri der- Zeichnung
dargestellt sind. In dieser Zeichnung ist Fig. 1 ein Längsschnitt =durch eine erste
Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 zeigt ebenfalls -in <einem Längsschnitt
eine zweite Ausführungsform, bei der mehrere Rohre zum Aufbau der erfindungsgemäßen
Vorrichtung Verwendung finden; Fig. 3 stellt -eine andere Ausführungsform -dar,
die gegenüber -der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform abgeändert ist; Fig.4 ist
eine gegenüber der Fig.3 abgeänderte Ausführungsform; Fig. 5 zeigt in einem Schnitt
längs der -Linie V-V der Fig.6 eine Ausführungsform, bei der mehrere Ringrohre in
ein einziges- kreisförmiges Venturirohr münden; Fig. 6 zeigt schließlich eine Ansicht
der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung von. oben.
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Aus der Fig. 1, in der eine erste Ausführungsform der Erfindung dargestellt
ist, ersieht man, daß eine statische gemäß der Erfindung ausgebildete Vorrichtung
(Umdrehungskörper-.. um die Achse X-X') aus einem Venturirohr 1 mit -kreisförmigem
Querschnitt besteht, wobei .dieses auch als Sekundärrohr bezeichnete Venturirohr
in an sich bekannter Weise einen konvergierenden Teil 2, eine Kehle 3 und einen
divergierenden Teil 4 aufweist: - Die Vorrichtung enthält ferner ein Ringrohr 5,
das -ebenfalls konvergierenddivergierend ausgebildet ist und im folgenden als Primärrohr
bezeichnet wird. Dieses Primärrohr enthält ebenfalls einen konvergierenden Teil
6, eine Kehle 7 und einen divergierenden Teil B. Dieser divergierende Teil -8 des
Rohres 5 mündet in den -konvergierenden Teil t des Rohres -1. -Das Ringrohr 5 wird
mit-einem Druckmedium versorgt, das aus einem. Vorratsbehälter oder einer Leitung
9 über einen Spalt 10 austritt, der wie in der Zeichnung dargestellt, kreisförmig
ausgebildet oder nur in einem Teil des konvergierenden Abschnittes 6 des Rohres
5 vorhanden sein kann.
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,Eine der Lippen 11 der Mündung des Spaltes 10 ist so verlängert,
daß sie eine der Wände des konvergierenden Teils 6 des Ringrohres 5 bildet, während
die andere Wand des konvergierenden Teiles, ebenso wie eine der Wände der Kehle
7 oder des divergierenden Teiles 8 dieses Rohres 5, durch einen hohlen Umdrehungskörper
12 gebildet wird, der durch in der Zeichnung nicht dargestellte Mittel im Innern
des Rohres 1 gehalten wird.
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Das Rohr 1 ist an beiden Enden offen. Am stromaufwärtigen Ende des
konvergierenden Teiles 2 wird Luft 13 aus der Umgebung durch,das Medium in Bewegung
gesetzt, das aus- dem Spalt 10 austritt. In Fig. 1 ist das aus dem Spalt 10 austretende
Medium durch Pfeile 14 angedeutet, und mit Pfeilen 15 ist die Luft bezeichnet, die
aus der Umgebung angesaugt und durch das Ringrohr 5 geführt wird.
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Außerdem tritt die Mischung 16 der umgebenden Luft und des treibenden
Mediums aus dem Ende des divergierenden Teiles 8 "dies Rohres, 5 aus und zieht längs
der Richtung der Pfeile 17 Luft aus der Umgebung mit sich und durch,den mittleren
höhlen Teil des Umdrehungskörpers 12.
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Das 'Medium, das längs der Richtung der Pfeile 15 aus dem Spalt 10
austritt, zieht eine Menge Luft aus der Umgebung- mit "sich, die viel kleiner ist,
als die längs der Richtung der Pfeile 17 durch die in Richtung der Pfeile 16 aus
dein Rohr 5 austretende Mischung aus der Umgebung angesaugte Luft.
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' Die Mischung der durch -die drei Pfeile angedeuteten Luftströmungen--
das aus dem Spalt 10 austretende Medium, die längs der Pfeile 15 mitgezogene Luft
und die längs .der Pfeile 17 mitgezogene Luft -findet im konvergierenden Teil 2
statt, und diese durch die Pfeile 18 angedeutete Mischung tritt in die Kehle 3 ein,
wo ihre kinetische Energie ihren Maximalwert hat. Im divergierenden Teil 4 wird
die potentielle Energie der Mischung durch Umwandlung -eines Teiles der kinetischen
Energie in potentielle Energie erhöht. Die Mischung ist im divergierenden Teil 4
durch die Pfeile 19 dargestellt.
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Die Mischung tritt schließlich längs der Richtung der Pfeile 20 mit
erheblicher Strömungsgeschwindigkeit und infolgedessen mit einem bedeutenden zur
Verfügung stehenden Schub aus.
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Man kann also mit einer geringen Masse eines unter Druck -stehenden
Mediums; die in dem Behälter 9 'enthalten ist, oder' die- durch -die Leitung 9 herangeführt
wird, eine große Masse 13 -der umgebenden Luft mitziehen, und man. erhält- einen
-bedeutenden Schub, da in Richtung der Pfeile 20 eine große Masse eines Mediums
austritt, das infolgedessen eine erhebliche Bewegungsenergie enthält. ' richtungen
'In'Fig:-2 gemäß ist' eine'Einheit' ' Fig:"1 enthält,' dargestellt; die die koaxial
drei Vor- zur Achse X-X' angeordnet sind. -Bei dieser Ausführungsform tritt das
antreibende Medium unter Druck aus den Behältern 21 durch eine Reihe von Spalfen
22 aus, die jeweils eine verlängerte Lippe 23 haben, die eine :der Wände des konvergierenden
Teiles 24 eines ringförmigen primären Venturi= rohres 25 bildet, dessen diverggiererider
Teil 26 in den konvergierenden Teil 27 eines sekundären Venturirohres 28
mündet. - ' Die Arbeitsweise =dieser Vielfachanordnung von Rohren, die -in Fig.2
dargestellt ist, -entspricht der
Mehrfachanordnung von Rohren, wie
sie in der Fig. 1 gezeigt ist. Das unter Druck aus .den Spalten 22 austretende Medium
zieht längs der Richtung der Pfeile 29 eine kleine Menge Luft aus der Umgebung mit
sich, und die Mischung aus der Luft 29 und dem treibenden Medium, die längs der
Richtung der Pfeile 30 in den konvergierenden Teil 27 eintritt, zieht längs
der Richtung der Pfeile 31 weitere Luft aus der Umgebung mit sich, wobei die Gesamtmischung
im konvergierenden Teil 27 eines jeden Sekundärrohres 28 stattfindet (Pfeile 32)
und der endgültige Schub an der Austrittsstelle der längs der Pfeile 33 strömenden
Gesamtmasse auftritt.
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Wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung werden die Innenwände
der Primärrohre 25 durch hohle Umdrehungskörper 34 gebildet.
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Bei dieser Ausführungsform kann man die Rohre viel flacher machen,
d. h. man kann, wenn die Achse X-X' vertikal steht, die Rohre niedriger bauen und
erhält dabei trotzdem einen beachtlichen Schub.
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Die in Fig.3 dargestellte Ausführungsform ist ähnlich wie die in Fig.
1 .gezeigte, und es wurden daher die gleichen Bezugszeichen verwendet, um entsprechende
Elemente zu bezeichnen, und es erschien nicht erforderlich, identische Teile zu
beschreiben, da sich die Beschreibung der Fig. 1 auch auf -die Fig. 3 anwenden läßt.
Die Fig. 3 stellt einen Umdrehungskörper um die Achse X-X' dar, wobei die Pfeile,
die die Strömungen der Medien darstellen, nur im rechten Teil der Fig. 3 eingezeichnet
sind.
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Die einzige Abweichung von der in Fig. 1 gezeichneten Ausführungsform
besteht darin, daß die verlängerte Lippe 11' des Spaltes 10', aus dem das antreibende
Medium längs der Richtung der Pfeile 14' austritt, zunächst eine Einziehung 35 aufweist,
um dann bei 36 in die umgekehrte Kurve überzugehen, so daß bei 11' eine der Wandungen
des konvergierenden Teiles 6 des Rohres 5 gebildet wird, während die andere Wand
des konvergierenden Teiles durch den Hohlkörper 12 gebildet wird. Die zweite Lippe
37,der Mündung des Spaltes 10' ist so ausgebildet, daß sie eine Art Schirm bildet
und das antreibende Medium auf eine mäanderförmige Bahn zwingt.
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Es wird also ein Schubrohr zwischen den Wänden 35, 36 und 11' einerseits
und 37 und 12 andererseits gebildet.
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Die in Fig.4 dargestellte Ausführungsform ist gleich der in Fig. 3
dargestellten, außer daß der Teil 12 weggelassen ist und die Innenwand des Rohres
5 durch das aus der Umgebung mitgezogene Medium gebildet wird. Diese fiktive Wand
ist in der Zeichnung durch gestrichelte Linien 12' dargestellt.
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In den Fig. 5 und 6 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der eine
Reihe von primären ringförmigen Venturirohren 38 in ein sekundäres Venturirohr 39
einmünden, wobei nur der konvergierende Teil 40 dieses Rohres in der Fig. 5 gezeichnet
ist. Das Rohr 39 ist ebenso wie das Rohr 1 der Fig. 1 ausgebildet.
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Jedes Rohr 38 hat einen konvergierenden Teil 41, in den ein Spalt
42 mündet, der von einem Hohlraum 43 aus mit Druckluft versorgt wird. Der konvergierende
Teil 41 besteht einerseits aus der verlängerten Lippe 51 des Spaltes 42 und andererseits
aus dem Hohlkörper 52.
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Das Druckmedium verläßt den Spalt 42 in Richtung der Pfeile 44, und
es zieht Luft aus der Umgebung längs der Richtung der Pfeile 45 mit sich. Die Mischung
aus Luft 45 und dem Medium 44 strömt durch die Kehle 46 und tritt dann in den divergierenden
Teil 47 der Rohre 38 ein, um von dort längs der Richtung der Pfeile 48 auszutreten
und längs der Richtung der Pfeile 49 Luft aus der Umgebung durch das Innere des
Hohlkörpers 50 anzusaugen.
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Wie bei der in Fi.g. 1 dargestellten Ausführungsform wird die Mischung
der durch die drei Gruppen von Pfeilen dargestellten Strömungen - das durch .den
Spalt 42 längs der Richtung der Pfeile 44 austretende Medium, das Medium 41 und
das Medium 49 -durch den konvergierenden Teil des Rohres 39 geführt und anschließend
durch die Kehle und durch den in der Zeichnung nicht dargestellten divergierenden
Teil dieses Rohres, bevor sie austritt und dabei den gewünschten Schub liefert.
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Die verlängerte Lippe der Mündung des Spaltes, durch den das antreibende
Medium austritt, kann auch facettenförmig ausgebildet sein, anstatt einer ununterbrochenen
Kurve zu folgen.