DE1260494B - Als Heissgaskraftmaschine oder insbesondere als Kaltgas-Kuehlmaschine arbeitende Kolbenmaschine - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F25b

Deutsche Kl.: 17 a - 5

Nummer: 1260494

Aktenzeichen: N 240551 a/17 a

Anmeldetag: 22. November 1963

Auslegetag: 8. Februar 1968

Die Erfindung betrifft eine als Heißgaskraftmaschine oder insbesondere als Kaltgas-Kühlmaschine arbeitende Kolbenmaschine. Bekannte Maschinen dieser Art enthalten einen oder mehrere Kompressionsräume mit veränderlichem Volumen, der (die) mit einem oder mehreren Expansionsräumen mit gleichfalls veränderlichem Volumen verbunden ist (sind). Diese Räume weisen im Betrieb der Maschine verschiedene Temperaturen auf, und in der Verbindung zwischen den Räumen sind Regeneratoren vorhanden, durch welche ein Medium hin und her strömen kann. Die Maschine enthält außerdem mit einem Phasenunterschied bewegliche, mit einem Triebwerk gekuppelte kolbenartige Körper zum Ändern des Volumens der Expansions- und Kompressionsräume.

Bei diesen bekannten Maschinen sind die kolbenartigen Körper, welche die Volumen der Kompressions- und Expansionsräume ändern, über Kolbenstangen, Triebstangen, Joche, Zahnräder u. dgl. mit dem Triebwerk verbunden. Die Bauart des Triebwerkes wird bei diesen Maschinen zusätzlich dadurch kompliziert, daß bei richtiger Arbeit dieser Maschinen die Bewegungen der kolbenartigen Körper einen Phasenunterschied von etwa 90° aufweisen müssen. Bisher gab dies Anlaß zu verwickelten Bauformen mit vielen der Abnutzung unterworfenen Teilen.

Um diese Nachteile zu verringern, ist bereits in der deutschen Patentanmeldung N 235641 a/17 a eine als Heißgaskraftmaschine oder insbesondere als Kaltgas-Kühlmaschine arbeitende Kolbenmaschine mit mindestens einer Einheit vorgeschlagen, in der sich ein thermodynamischer Zyklus vollzieht, die je einen in e'inem Zylinderraum beweglichen Kompressionskolben zum Ändern des Volumens eines oder mehrerer Kompressionsräume, mindestens einen Gefrierer oder Erhitzer, mindestens einen Regenerator, mindestens einen Kühler und einen in einem Zylinderraum beweglichen Expansionskolben zum Ändern des Volumens eines oder mehrerer Expansionsräume enthält, wobei die erwähnten Räume im Betrieb der Maschine verschiedene mittlere Temperaturen aufweisen und die erwähnten Kolben mittels in Kanälen beweglichen Flüssigkeitssäulen mit einem Triebwerk gekuppelt sind. Diese Flüssigkeitssäulen können die Leistung des Triebwerkes auf die betreffenden Kolben oder von diesen Kolben auf das Triebwerk übertragen. Es wird auf diese Weise eine einfache Verbindung zwischen dem Triebwerk und den Kolben geschaffen.

Es wird bemerkt, daß es an sich aus der französischen Patentschrift 1128 275 bekannt ist, bei Kälte-Ais Heißgaskraftmaschine oder insbesondere als
Kaltgas-Kühlmaschine arbeitende
Kolbenmaschine

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven

(Niederlande)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Zoepke, Patentanwalt,

8000 München 12, Ridlerstr. 37

Als Erfinder benannt:

Albert August Dros, Eindhoven (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 26. November 1962
(285 957)

maschinen als Kupplung zwischen dem Triebwerk und den kolbenartigen Körpern von in Kanälen beweglichen Flüssigkeitssäulen Gebrauch zu machen.

Einfachheitshalber wird nachfolgend die Einheit, in der sich der thermodynamische Zyklus vollzieht, mit Kühleinheit bezeichnet.

Die Erfindung bezweckt, eine weitere Verbesserung der vorerwähnten Maschine zu schaffen und zeichnet sich durch die Besonderheit aus, daß die Maschine mindestens zwei Pumpeinheiten besitzt, die je ein Paar in verschlossenen, mit Flüssigkeit gefüllten Zylindern beweglicher, doppeltwirkender Kolben enthalten, wobei die Maschine weiter mindestens zwei Paar von Kühleinheiten besitzt, wobei von einem Paar von Kühleinheiten jeder der Räume auf der von dem Arbeitsraum abgekehrten Seite des diesem Raum zugehörenden Expansionskolbens mit einem der Räume auf je einer Seite eines der Kolben der ersten Pumpeinheit verbunden ist und jeder der Räume auf der von dem Arbeitsraum abgekehrten Seite des diesem Raum zugehörenden Kompressionskolbens mit einem der Räume auf je einer Seite eines der Kolben der zweiten Pumpeinheit verbunden ist, während von dem anderen Paar von Kühleinheiten jeder der Räume auf der von dem Arbeitsraum abgekehrten Seite des diesem Raum zugehörenden Expansionskolbens mit einem der Räume auf einer der Seiten des anderen Kolbens der zweiten Pumpeinheit verbunden ist und jeder der Räume auf der von dem

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Arbeitsraum abgekehrten Seite des diesem Raum zugehörenden Kompressionskolbens mit einem der Räume auf einer der Seiten des anderen Kolbens der ersten Pumpeinheit verbunden ist.

Ein Vorteil dieser Maschine ist der, daß bei jeder Pumpeinheit die Räume auf beiden Seiten eines der doppeltwirkenden Kolben mit den Räumen auf der von dem Arbeitsraum abgekehrten Seite der Kompressionskolben eines Paares von Kühleinheiten verbunden sind, während die Räume auf beiden Seiten des anderen doppeltwirkenden Kolbens dieser Pumpeinheit mit den Räumen auf der von dem Arbeitsraum abgekehrten Seite der Expansionskolben eines anderen Paares von Kühleinheiten in Verbindung stehen. Es wird auf diese Weise erreicht, daß der Kräfteverlauf in der Pumpstange bei ihrer Bewegung in einer Richtung praktisch identisch ist mit dem Kräfteverlauf in der Pumpstange bei ihrer Bewegung in der anderen Richtung. Dies führt zu einer sehr gleichmäßigen Belastung des Triebwerkes. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist der, daß die bei der Expansion des Arbeitmediums in einem Paar von ■ Kühleinheiten ausgelöste Energie durch die Flüssigkeitssäulen und einen doppeltwirkenden Kolben einer Pumpeinheit direkt auf den anderen doppeltwirkenden Kolben dieser Pumpeinheit und darauf wieder über Flüssigkeitssäulen auf die Kompressionskolben übertragen wird. Der Wirkungsgrad der Maschine wird auf diese Weise stark angehoben.

Obgleich es möglich ist, die Pumpeinheiten und die Paare von Kühleinheiten einander gegenüber vollkommen beliebig anzuordnen, ergibt sich eine günstige, gedrängte Ausführungsform einer Heißgaskolbenmaschine bei einer Anordnung der Einheiten, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Pumpeinheiten paarweise V-förmig angeordnet und mit einer gemeinsamen Kurbelwelle verbunden sind, wobei jede der Kühleinheiten derart im wesentlichen zwischen sich in der Mittellinie der Kurbelwelle schneidenden durch die Mittellinien der Pumpeinheiten gehenden Ebenen liegen, so daß eine zur Mittellinie der Kurbelwelle senkrechte Ebene projiziert die Mittellinien der beiden Pumpeinheiten und die Mittellinie jeder Kühleinheit ein Dreieck bilden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der vorerwähnten Heißgaskolbenmaschine ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Kühleinheiten derart zwischen den beiden Pumpeinheiten angeordnet ist, daß die Räume auf der von dem Arbeitsraum abgekehrten Seite der diesen Kühleinheiten zugehörenden Kompressionskolben der mit diesen Räumen verbundenen ersten Pumpeinheit zugekehrt sind, während die Räume auf der von dem Arbeitsraum abgekehrten Seite der diesen Kühleinheiten zugehörenden Expansionskolben der mit diesen Räumen verbundenen zweiten Pumpeinheit zugekehrt sind und das andere Paar von Kühleinheiten derart zwischen den beiden Pumpeinheiten angeordnet ist, daß die Räume auf der von dem Arbeitsraum abgekehrten Seite der diesen Kühleinheiten zugehörenden Kompressionskolben der mit diesen Räumen verbundenen zweiten Pumpeinheit zugekehrt sind und die Räume auf der von dem Arbeitsraum abgekehrten Seite der diesen Kühleinheiten zugehörenden Expansionskolben der mit diesen Räumen verbundenen ersten Pumpeinheit zugekehrt sind. Es wird auf diese Weise eine gedrängte Bauart einer Heißgaskolbenmaschine, die wenig Raum beansprucht und in der infolge der kurzen Verbindungsleitungen zwischen den mit Flüssigkeit gefüllten Räumen in den Pump- und Kühleinheiten nur verhältnismäßig geringe Flüssigkeitsmengen vorhanden sind. Es wird einleuchten, daß dies mit Rücksicht auf die in der Maschine zu verschiebenden Flüssigkeitsmengen vorteilhaft ist.

Eine weitere, vorteilhafte, gedrängte Ausführungsform der Heißgaskolbenmaschine nach der Erfindung hat das Merkmal, daß die Pumpeinheiten parallel zueinander angeordnet sind und daß bei zwei Pumpeinheiten ein Paar mit ihnen verbundene Kühleinheiten in einer parallel zu und vor der Ebene der Pumpeinheiten verlaufenden Ebene und das andere Paar mit diesen Pumpeinheiten verbundene Kühleinheiten in einer parallel zu und hinter der Ebene der Pumpeinheiten verlaufenden Ebene liegen, während die Kühleinheiten derart in ihren betreffenden Ebenen liegen, daß in einer Projektion auf die Ebene der Pumpeinheiten die Mittellinie der Kühleinheiten eines Paares die. Mittellinien der Kühleinheiten des anderen Paares schneiden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführangsform der Heißgaskolbenmaschine nach der Erfindung hat das Merkmal, daß von jeder Kühleinheit jeder Kolben mit einem Regelschieber verbunden ist, der sich bei der Bewegung des betreffenden Kolbens längs eines Wandteiles der mit Flüssigkeit gefüllten Räume auf der von dem Arbeitsraum abgekehrten Seite dieses Raumes verschiebt, wobei in dem durch diesen Schieber bestrichenen Wandteil mindestens eine Flüssigkeitszufuhr- und eine Flüssigkeitsabfuhrleitung ausmünden, welche Mündungen derart angeordnet sind, daß die Flüssigkeitszufuhrleitung frei wird, wenn der Kolben seine äußerste, vorgeschriebene Lage überfährt und die Flüssigkeitsabfuhrleitung frei wird, wenn der Kolben seine äußerste Lage in der Flüssigkeitssäule einnimmt.

Die Verwendung des Regelschiebers nach der Erfindung sichert durch baulich einfache Mittel, daß die äußersten Lagen der Kolben stets dieselben sind. Dies hat den Vorteil, daß die Kolben die Zylinderbegrenzungen nicht berühren können, was Bruch hervorrufen könnte, und daß weiter, da die äußersten Lagen fixiert sind, die Volumenänderungen der Räume gleich sind, so daß auch der Druckverlauf in diesen Räumen sich nicht ändert.

Eine günstige Ausführungsform der Heißgaskolbenmaschine nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder jeder Kühleinheit, in dem ein Kolben beweglich ist, in einen weiteren zylindrischen Teil übergeht, in dem sich der kolbenartige Regelschieber bewegen kann, während die Maschine einen oder mehrere Kanäle enthält, welche die Räume auf beiden Seiten des Regelschiebers miteinander verbinden und die Flüssigkeitszu- und Flüssigkeitsabfuhrleitungen sich an den weiteren zylindrischen Teil anschließen.

Zum Anlassen der Heißgaskolbenmaschine nach der Erfindung müssen die Kühleinheiten bestimmte Lagen einnehmen, die den Stellungen der Kolben der Pumpeinheiten in dem gleichen Augenblick entsprechen. Um die kolbenartigen Körper in die richtige Lage führen zu können, hat die Heißgaskolbenmaschine nach der Erfindung das Merkmal, daß sich an jeden der mit Flüssigkeit gefüllten Räume in jeder Kühleinheit eine weitere Flüssigkeitszufuhrleitung anschließt, deren Durchgang im Betrieb der Ma-

schine gesperrt ist, während an der Stelle des Regelschiebers eine weitere Flüssigkeitsabfuhrleitung ausmündet, deren Durchgang im Betrieb der Maschine auch gesperrt ist, wobei der Durchgang dieser Leitungen beim Fertigmachen der Maschine zum Anlassen freigegeben werden kann und die Mündungen der Flüssigkeitsabfuhrleitungen derart angeordnet sind, daß sie frei werden, wenn der betreffende Kolben die Anlaßlage eingenommen hat.

Um die Pumpkolben in die Anlaßlage zu führen, die naturgemäß den vorstehend beschriebenen Anlaßstellungen der Kühleinheiten entsprechen, hat die Heißgaskolbenmaschine nach der Erfindung das Merkmal, daß die miteinander verbundenen Kolben der Pumpeinheiten weiter mit einem zu ihrer Mittellinie fluchtenden kolbenartigen Körper verbunden sind, der in einem geschlossenen Zylinder beweglich ist, wobei in dem Raum über diesen Körper eine Flüssigkeitszufuhrleitung ausmündet und Flüssigkeit unter Druck in diesen Raum eingeführt werden kann, so daß die Kolben der Pumpeinheiten ihre Anlaßlage einnehmen.

Eine weitere günstige Ausführungsform der Heißgaskolbenmaschine nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine eine Pumpvorrichtung enthält, deren Pumpleitung über eine Regelvorrichtung mit den verschiedenen Flüssigkeitszufuhrleitungen in Verbindung gebracht werden kann, wobei weiter ein Flüssigkeitsbehälter vorhanden ist, mit dem die Flüssigkeitsabfuhrleitungen durch die Regelvorrichtung in Verbindung gebracht werden können.

Die Erfindung wird an Hand der ein Beispiel wiedergebenden Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1, 2 und 3 zeigen teilweise in einem Querschnitt und weiter in drei zueinander senkrechten Ansichten eine als Kaltgas-Kühlmaschine ausgebildete Heißgaskolbenmaschine;

F i g. 4 zeigt schematisch eine Kaltgas-Kühlmaschine mit der zugehörigen Regelvorrichtung, wobei deutlichkeitshalber nur ein Paar von Kühleinheiten dargestellt ist;

F i g. 5 und 6 zeigen schematisch eine Kaltgas-Kühlmaschine, bei welcher die Pumpeinheiten parallel zueinander angeordnet sind.

In den Fig. 1, 2 und 3 sind auf einem Kurbelwellenkasten 1 Pumpeinheiten I und II V-förmig angeordnet. Die Maschine enthält weiter zwei Paar von Kühleinheiten A₁, A₂ und B₁, B₂, die durch Leitungen mit den Pumpeinheiten verbunden sind.

Die Pumpeinheiten I und II haben je ein Gehäuse, das aus zwei Teilen 2 und 3 besteht. Im Teil 2 ist durch Zwischenwände 4 und 5 ein verschlossener Raum gebildet, der durch die Zwischenwand 6, den Zylinder 7 und den darin beweglichen Kolben 8 in zwei Räume 9 und 10 unterteilt ist. Auch im Teil 3 ist ein verschlossener Raum vorhanden, der durch die Zwischenwand 11, den Zylinder 12 und den darin beweglichen Kolben 13 in die voneinander getrennten Räume 14 und 15 unterteilt ist. An den Teil 3 schließt sich ein weiterer zylindrischer Teil 16 an, in dem das Ende 77 der Pumpstange 17, welche die Kolben 8 und 13 trägt, beweglich ist. An den zylindrischen Teil 16 schließt eine Flüssigkeitszufuhrleitung 18 an. Die Pumpstange 17 ist über einen in dem Kurbelkasten 1 liegenden Kurbeltriebstangenmechanismus mit der Kurbelwelle 19 verbunden, die mit einem Motor 19' gekuppelt ist.

Die Kühleinheiten A₁, A₂ und B₁, B₂ enthalten je einen Zylinder 20, in dem der Expansionskolben 21 hin- und herbeweglich ist. Weiter enthält jede Kühleinheit einen Gefrierer 22, einen Regenerator 23, einen Kühler 24 und einen Zylinder 25, in dem der Kompressionskolben 26 hin- und herbeweglich ist.

Der Raum 30 auf der von dem Arbeitsraum abgekehrten Seite des Expansionskolbens 21 ist mit Flüssigkeit gefüllt, wie auch der Raum 31 auf der von dem Arbeitsraum abgekehrten Seite des Kompressionskolbens 26 mit Flüssigkeit gefüllt ist. Von dem Paar von Kühleinheiten A₁ und A₂ ist der Raum 31 der Kühleinheit A₁ über die Leitung 32 mit dem Raum 14 in der Pumpeinheit I verbunden, während von der Kühleinheit A₂ der Raum 31 über die Leitung 33 mit dem Raum 15 der Pumpeinheit I verbunden ist. Von der Kühleinheit A₁ ist der Raum 30 über die Leitung 34 mit dem Raum 10 der Pumpeinheit II verbunden, während bei der Kühleinheit A₂ der Raum 30 über die Leitung 35 mit dem Raum 9 der Pumpeinheit II verbunden ist. Es ergibt sich daraus, daß die Leitungen 32 und 33 parallel verlaufen und die Leitungen 34 und 35 kreuzweise angeordnet sind, dies im Hinblick auf den gewünschten Phasenunterschied zwischen den Kompressions- und Expansionskolben der betreffenden Kühleinheiten.

Von dem Paar von Kühleinheiten B sind die betreffenden, mit Flüssigkeit gefüllten Räume auf entsprechende Weise mit den Räumen in den Pumpeinheiten verbunden, wobei die Lage dieser Kühleinheiten B derart ist, daß die mit Flüssigkeit gefüllten Räume 31 der Pumpeinheit II zugekehrt sind, während die mit Flüssigkeit gefüllten Räume 30 der Pumpeinheit I zugewendet sind. Dabei ist der Raum 31 der Kühleinheit B₁ über die Leitung 36 mit dem Raum 14 der Pumpeinheit II verbunden, während der Raum 31 der Kühleinheit B₂ durch die Leitung 37 mit dem Raum 15 der Pumpeinheit II in Verbindung steht. Die Leitungen 36 und 37 sind wieder parallel zueinander. Der Raum 30 der Kühleinheit B₁ ist über die Leitung 38 mit dem Raum 9 der Pumpeinheit I verbunden, während der Raum 30 der Kühleinheit B₂ durch die Leitung 39 mit dem Raum 10 der Pumpeinheit I in Verbindung steht. Aus der Zeichnung ergibt sich, daß die Leitungen 38 und 39 gleichfalls parallel zueinander verlaufen.

Die Kühleinheiten A₁, A₂, B₁ und B₂ sind weiter mit einer Zufuhr 40 und einer Abfuhr 41 für Kühlwasser versehen. Selbstverständlich können gegebenenfalls zwei oder mehrere Kühler miteinander verbunden sein, so daß sie der Reihe nach von Kühlwasser durchflossen werden.

Die Gefrierer 22 jeder Kühleinheit sind alle mit einer Zufuhr 43 und einer Abfuhr 44 für das zu kühlende Medium versehen. Auch die Gefrierer können miteinander verbunden sein, daß sie der Reihe nach von dem Medium durchflossen werden. Der Regenerator 23, der Gefrierer 22 und angrenzende Teile jeder Kühleinheit sind von Isoliermaterial 46 umgeben. Weiter sind die Kühleinheiten zur Versteifung der Konstruktion mit Platten 47 versehen, in denen sie paarweise untergebracht sind und die an Abstützungen 48 befestigt sind, die mit dem Kurbelkasten 1 verbunden sind.

Die Kompressionskolben 26 und die Expansionskolben 21 aller Kühleinheiten sind mit einer Kolbenstange 49 versehen. Jede dieser Kolbenstangen 49 trägt einen kolbenartigen Regelschieber 50, der in

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einem zylindrischen Teil 51 beweglich ist, der an Anlaßlage ein. Gleichzeitig kann Öl aus dem Voreinem Ende mit der betreffenden Verbindungsleitung ratsraum 64 durch die Leitung 73 und die Tore 72 zwischen den Flüssigkeitsräumen in den Kühlein- und 68 in die Leitung 18 gelangen. Infolgedessen wird heiten und den Flüssigkeitsräumen in den Pumpein- Öl unter Druck in den Raum 16 der Pumpeinheiten heiten in Verbindung sind. Auch die andere Seite des 5 geführt. Infolgedessen wird auf den Teil 77 der zylindrischen Teiles 51 steht über einen Kanal 52 in Pumpstange 17 Druck in Richtung auf die Kurbeloffener Verbindung mit der erwähnten Verbindungs- welle ausgeübt, so daß die Kolben der Pumpeinleitung. An den zylindrischen Teil 51 schließt eine heiten gezwungen werden, die in F i g. 4 dargestellte Flüssigkeitsabfuhrleitung 56 an, deren Mündung am Lage einzunehmen. Wenn, nachdem die Kolben Teil 51 derart angeordnet ist, daß sie durch den io jeder Pumpeinheit diese Lage eingenommen haben, Regelschieber 50 freigegeben wird, wenn der betref- noch mehr Öl dem Raum 16 zugeführt wird, so fende, mit diesem Schreiber verbundene Kolben seine wird bei zunehmendem Öldruck die Klappe 78 geäußerste Lage in der Kühleinheit einnimmt. Weiter öffnet, worauf Öl aus dem Raum 16 durch die Leitung schließt an den zylindrischen Teil 51 eine Flüssig- 79 zum Behälter 66 zurückfließen kann. Die Maschine keitszufuhrleitung 54 an, deren Mündung in dem 15 ist dann fertig zum Anlassen.

zylindrischen Teil 51 derart liegt, daß diese Mündung Zum Anlassen der Maschine wird zunächst das

freigegeben wird, wenn der betreffende Kolben seine Handrad 62 derart betätigt, daß der Regelschieber 57 äußerste, vorgeschriebene Lage überfährt. An den dj_e x_ore 6^ 69, 70, 71, 72 und 75 verschließt. Darzylindrischen Teil 51 schließen noch eine weitere _auf _wj_rd d_er Motor, durch den die Kurbelwelle 19 Flüssigkeitszufuhrleitung 55 und eine weitere Flüssig- _ao angetrieben wird, eingerückt. Darauf bewegen sich keitsabfuhrleitung 56 an, wobei die Durchgänge _auch die Pumpkolben 8 und 13, wodurch durch die dieser Leitungen im Betrieb der Maschine gesperrt Flüssigkeitssäulen auch die Kolben 21 und 26 der sind. Kühleinheiten in Bewegung gesetzt werden. Beim

Die Wirkungsweise der Maschine wird an Hand Anlaufen der Maschine sind die Arbeitsräume beider der F i g. 4 erläutert, in der die Heißgaskolben- 25 Kühleinheiten jedes Paares durch eine Verbindungsmaschine nach den F i g. 1, 2 und 3 dargestellt ist. leitung 80 mit einer regelbaren Klappe 81 mitein-Entsprechende Bauteile sind in F i g. 4 mit den ander in offener Verbindung, so daß die Maschine gleichen Bezugsziffern wie in F i g. 1, 2 und 3 be- unbelastet anläuft. Nachher wird in Abhängigkeit von zeichnet. Lediglich ist in F i g. 4 deutlichkeitshalber der Drehzahl der Kurbelwelle die Regelklappe 81 nur ein Paar von Kühleinheiten A₁ und A₂ dar- 30 in der Verbindungsleitung 80 geschlossen, so daß die gestellt; die verschiedenen Kolben sind in ihrer Lage Maschine gemäß dem Sterlingzyklus Kälte erzeugt, gezeigt, die sie beim Anlassen der Maschine ein- Die aus dem System wegfließende Flüssigkeit hat zur nehmen. Folge, daß die Kolben 21 oder 26 von dem Gasdruck

Die in den Fi g. 1, 2 und 3 nicht dargestellte im Arbeitsraum zu weit nach außen gedrückt werden. Regelvorrichtung enthält nach F i g. 4 einen Regel- 35 Um dies zu verhüten, ist in dem Teil 51 mit dem schieber 57* durch den eine Anzahl von Öffnungen Regelschieber 50 ein Tor 83 vorgesehen, das frei verschlossen oder freigegeben werden können. Der wird, wenn der betreffende Kolben seine äußerste Regelschieber 57 ist über eine Stange 58 mit einem vorgeschriebene Lage überschreitet. An das Tor 83 Ring 59 verbunden, in dem eine exzentrische schließt die Flüssigkeitszufuhrleitung 54 an, wodurch Scheibe 60 auf einer mit einem Handrad 62 ver- 40 Flüssigkeit von der Pumpe in den Raum 31 oder 30 sehenen Achse 61 drehbar ist. Weiter enthält die geführt werden kann, wenn der Regelschieber 50 das Maschine eine Ölpumpe 63, deren Leitungen in einen Tor 83 frei läßt. Infolgedessen wird der Schlag des Vorratsraum 64 ausmünden. Die Ölansaugeleitung 65 betreffenden Kolbens auf der Außenseite begrenzt mündet in einen Behälter 66. Mittels einer auto- und die beim Schlag wegfließende Flüssigkeit wird matischen Regelklappe 67 wird der Druck im Vor- 45 ergänzt.

ratsraum konstant gehalten. Wenn aus irgendeinem Grund die Kolben 21 oder

Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende: 26 der Kühleinheiten zu weit hervordringen, läßt der Zum Anlassen der Maschine wird mit dem Handrad Regelschieber 50 ein Tor 82 frei, wodurch Flüssigüber die exzentrische Scheibe 60 der Regelschieber keit durch die Leitung 53 nach dem Behälter 66 in eine Lage verstellt, in der das Tor 68 frei ist. 50 fließen kann. Dabei wird der Druck in den Räumen Der Regelschieber 57 ist derart ausgebildet, daß in 30 und 31 nicht weiter erhöht, so daß der Kolben 21 der freien Lage des Tors 68 auch die Tore 69 und die oder 26 nicht weiter in die Kühleinheit eindringt. Auf Tore 70 frei sind. In dieser Lage des Schiebers 57 diese Weise ist die äußerste innere Lage der Kolben sind auch die Tore 71 und 72 frei. Es kann somit Öl 21 und 26 fixiert.

aus dem Vorratsraum 64 durch die Leitung 73 durch 55 Als Abdichtung zwischen den Kompressions- und das Tor 71 nach den Toren 69 und durch diese in Expansionskolben und den umgebenden Zylindern in die Ölzufuhrleitungen 55 fließen. Infolgedessen ge- den Kühleinheiten sind Rollmembrane 84 vorgesehen, langt Öl unter Druck über die Kanäle 52 in die Um den gewünschten Druckunterschied bei jeder Räume 31 und 30 der Kühleinheiten, so daß die dieser Rollmembrane konstant zu halten, sind Regel-Kolben 26 und 21 in ihre Kühleinheit einwärts ge- 60 vorrichtungen 85 vorgesehen. Jede dieser Regelvordrängt werden. Wenn der Regelschieber 50 eine Lage richtungen enthält einen Zylinder 86, in dem ein einnimmt, in der die Mündungen 74 der Flüssigkeits- Kolben 87 beweglich ist. Der Raum 88 auf der einen abfuhrleitungen 56 frei werden, kann durch diese Seite des Kolbens 87 steht durch eine Leitung 89 mit Leitungen die Flüssigkeit durch die Tore 70 und das mit Raum 90 unter der Rollmembrane 84 in Ver-Tor75 in die Flüssigkeitsabfuhrleitung 76 fließen, 65 bindung. Der mit Flüssigkeit gefüllte Raum 31 auf der welche im Behälter 66 ausmündet. Infolgedessen von dem Arbeitsraum abgekehrten Seite des Kolbens werden die Kolben 21 und 26 gehindert, weiter in 26 ist durch eine Leitung 91 an den Zylinder 86 die Kühleinheiten einzudringen; sie nehmen dann ihre angeschlossen. In den Leitungen 89 und 91 sind

Wendeln 92 vorgesehen, die dafür sorgen, daß schnelle Druckänderungen in den Räumen 90 und 31 gedämpft werden und somit nicht im Zylinder 86 auftreten. An den Zylinder 86 schließt weiter eine Flüssigkeitsabfuhrleitung 93 an, und eine Feder 94 ist vorgesehen, durch welche der gewünschte Druckunterschied über den Kolben 87 eingestellt wird.

Die Wirkungsweise der Regelvorrichtung 85 ist folgende. Der Zweck ist, einen konstanten Druckunterschied über der Rollmembrane 85, also zwisehen dem Arbeitsraum und dem Raum 90 unter der Membrane, aufrechtzuerhalten. Da der Drruck des Gases im Arbeitsraum und der Druck der Flüssigkeit im Raum 31 praktisch gleich sind, genügt es, daß ein konstanter Druckunterschied zwischen den Räumen 31 und 90 beibehalten wird.

Der Kolben 26 bewegt sich mit Spiel im Zylinder, so daß, da der Druck im Raum 31 höher ist als der Druck im Raum 90, Flüssigkeit zum Raum 90 abfließt. Wenn weiter nichts vorgenommen wird, so würden die Drücke in den Räumen 31 und 90 sofort einander ausgleichen. Aber die dem Raum 90 zugeführte Flüssigkeit fließt durch die Leitung 89 in den Raum 88 im Zylinder 86. Die Feder 94 ist derart gewählt, daß bei richtigem Druckunterschied der Kolben 87 die Mündung der Leitung 93 teilweise frei läßt. Auf diese Weise kann die dem Raum 88 zugeführte Flüssigkeit durch die Leitung 93 diesen Raum wieder verlassen.

Auf diese Weise wird erreicht, daß stets die Flüssigkeit im Raum 90 durch frisch zugeführte Flüssigkeit ersetzt wird. Dies hat den Vorteil, daß das durch die Rollmembrane diffundierende Gas mit der abgeführten Flüssigkeit aus dem Raum 90 entfernt wird.

Wenn auf irgendeine Weise der Druckunterschied zwischen den Räumen 90 und 31 gestört wird, so tritt folgendes ein. Wenn der Druck im Arbeitsraum 97, also auch im Raum 31, höher wird, als dem gewünschten Druckunterschied entspricht, so wird dieser Druck durch die Leitung 91 und den Schlitz zwischen dem Kolben 87 und dem Zylinder 86 auch im Raum 96 auftreten. Infolgedessen wird das Kräftegleichgewicht auf dem Kolben 87 gestört, der sich daraufhin nach links bewegt, wodurch die Leitung 93 weiter abgedeckt wird. Es kann somit weniger Flüssigkeit aus den Räumen 90 und 88 wegfließen, so daß der Druck in diesen Räumen erhöht wird. Wenn der richtige Druckunterschied wieder erreicht ist, nimmt der Kolben 87 seine Ausgangslage wieder ein, so daß die Flüssigkeit wieder fließen kann.

Die durch die Abfuhrleitung 93 wegfließende Flüssigkeit wird ähnlich wie die auf andere Weise aus der Vorrichtung wegfließende Flüssigkeit bei jedem Schlag ergänzt, da die Mündung 83 der Zufuhrleitung 54 freigegeben wird.

F i g. 4 zeigt deutlichkeitshalber nur einen Regelmechanismus 85. In der Praxis sind jedoch alle Rollmembrane mit einem solchen Regelmechanismus versehen.

Die F i g. 5 und 6 zeigen eine als Kaltgas-Kühlmaschine ausgebildete Heißgaskolbenmaschine in zwei Ansichten, und zwar schematisch, wobei die Pumpeinheiten I und II parallel zueinander auf einem Kurbelkasten 101 angeordnet sind. Die Kolben jeder dieser Pumpeinheiten sind durch Kolbenstangen 117, Kreuzkupplungen 118, Triebstangen 119 mit Kurbeln 120 bzw. 121 der im Kurbelkasten 101 gelagerten Kurbelwelle 122 verbunden. Die Kurbeln 120 und 121 sind zum Erzielen des gewünschten Phasenunterschieds zwischen den in den Kühleinheiten sich bewegenden Kolben 90° gegeneinander verdreht. Weiter enthält die Maschine wieder zwei Paare von Kühleinheiten.^, A₂ und B₁, B₂. Die Kühleinheiten A₁, A₂ und B₁ B₂ sowie die Pumpeinheiten I und II können auf gleiche Weise zusammengebaut sein wie die entsprechenden Einheiten der F i g. 1, 2 und 3.

Die Zeichnung zeigt, daß die Kühleinheiten A₁ und A₂ in einer Ebene vor der Ebene der Pumpeinheiten I und II liegen, zu welcher Ebene sie parallel sind, während die Kühleinheiten B₁ und B₂ in einer Ebene hinter der Ebene der Pumpeinheiten liegen. Die Mittellinien der Kühleinheiten A₁ und A₂ kreuzen die Mittellinien der Kühleinheiten B₁ und B₂.

Die Kühleinheiten A₁ und A₂ sind an einer Seite durch Leitungen 132 und 133 mit der Pumpeinheit I und auf der anderen Seite durch Leitungen 134 bzw.

135 mit der Pumpeinheit II verbunden. Die Leitungen 132, 133 und 134, 135 verlaufen paarweise parallel zueinander.

Die Kühleinheiten B₁ und B₂ sind auf einer Seite durch Leitungen 136 und 137 mit der Pumpeinheit II und auf der anderen Seite durch Leitungen 138 und 139 mit der Pumpeinheit I verbunden. Die Leitungen

136 und 137 verlaufen parallel zueinander und die Leitungen 138 und 139 kreuzen sich. Auf diese Weise wird wieder der richtige Phasenunterschied zwischen den in den Kühleinheiten beweglichen Kolben erzielt.

Der Vorteil der in F i g. 5 und 6 dargestellten Maschinen ist der, daß die Länge der Maschine, d. h. der Abstand von den Mitellinien der Pumpeinheiten voneinander, kleiner ist als im Verhältnis zu anderen Anordnungen der Pump- und Kühleinheiten. Wo Raumschwierigkeiten vorliegen, kann dies vorteilhaft sein.

Obgleich in der Zeichnung nur zwei Pumpeinheiten parallel zueinander angeordnet sind, kann die Maschine ohne weiteres auf mehrere Pumpeinheiten ausgedehnt werden.

Aus der Zeichnung ist wieder ersichtlich, daß die Bauart einer Heißgaskolbenmaschine nach der Erfindung in der Praxis eine große Freiheit in Bezug auf die Anordnung der verschiedenen Einheiten bietet.

Obgleich in der Zeichnung nur vier Kühleinheiten dargestellt sind, ist es ohne weiteres möglich, wenn die Umstände dies erfordern, eine oder mehrere der Kühleinheiten wegzulassen.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Als Heißgaskraftmaschine oder insbesondere als Kaltgas-Kühlmaschine arbeitende Kolbenmaschine mit mindestens einer Einheit, in der sich ein thermodynamischer Zyklus vollzieht und die je einen in einem Zylinderraum beweglichen Kompressionskolben zum Ändern des Volumens eines oder mehrerer Kompressionsräume, mindestens einen Gefrierer oder Erhitzer, mindestens einen Regenerator, mindestens einen Kühler und einen in einem Zylinderraum beweglichen Expansionskolben zum Ändern des Volumens eines oder mehrerer Expansionsräume enthält, wobei die erwähnten Räume im Betrieb der Maschine verschiedene mittlere Temperaturen aufweisen und die erwähnten Kolben mittels in Kanälen beweglichen Flüssigkeitssäulen mit einem Triebwerk

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gekuppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine ein Paar in verschlossenen, mit Flüssigkeit gefüllten Zylindern beweglicher, doppeltwirkender Kolben (8, 13) enthält und daß die Maschine weiter mindestens zwei Paar von Einheiten (A₁, A₂; B₁, B₂) enthält, in denen sich der thermodynamische Zyklus vollzieht, wobei von einem Paar von Einheiten (B₁, B₂), in denen sich der thermodynamische Zyklus vollzieht, jeder der Räume (30). auf der von dem ω Arbeitsraum abgekehrten Seite des diesem Raum zugehörenden Expansionskolbens (21) mit einem der Räume (9, 10) auf beiden Seiten eines der Kolben (10) der ersten Pumpeinheit (I) verbunden ist, und jeder der Räume (31) auf der von dem Arbeitsraum abgekehrten Seite des zu diesem Raum gehörenden Kompressionskolben (26) mit einem der Räume (14, 15) auf beiden Seiten eines der Kolben (13) der zweiten Pumpeinheit (II) verbunden ist, während von dem anderen Paar von Einheiten (A₁, A₂), in denen sich der thermodynamische Zyklus vollzieht, jeder der Räume (30) auf der von dem Arbeitsraum abgekehrten Seite des diesem Raum zugehörenden Expansionskolbens (21) mit einem der Räume (9,10) auf beiden Seiten des anderen Kolbens (8) der zweiten Pumpeinheit (II) verbunden ist und jeder der Räume (31) auf der von dem Arbeitsraum abgekehrten Seite des diesem Raum zugehörenden Kompressionskolbens (26) mit einem der Räume (14, 15) auf beiden Seiten des anderen Kolbens (13) der ersten Pumpeinheit (I) verbunden ist.

2. Heißgaskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeinheiten (I, II) paarweise V-förmig angeordnet und mit einer gemeinsamen Kurbelwelle (19) verbunden sind, wobei jede der Einheiten (A₁, A₂; B₁, B₂), in denen sich der thermodynamische Zyklus vollzieht, zwischen Ebenen, die sich in der Mittellinie der Kurbelwelle schneiden und die durch die Mittellinien der Pumpeinheiten bedingt sind, im wesentlichen derart angeordnet sind, daß in einer Projektion in einer Ebene senkrecht zur Mittellinie der Kurbelwelle die Mittellinien der beiden Pumpeinheiten und die Mittellinien jeder Einheit mit dem thermodynamischen Zyklus ein Dreieck miteinander bilden.

3. Heißgaskolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von Einheiten (A₁, A₂) mit dem thermodynamischen Zyklus derart zwischen den beiden Pumpeinheiten (I, II) angeordnet ist, daß die Räume (31) auf den von dem Arbeitsraum abgekehrten Seiten der den Einheiten mit dem thermodynamischen Zyklus zugehörenden Kompressionskolben (26) nach der mit diesen Räumen (31) verbundenen ersten Pumpeinheit (I) zugekehrt sind, wobei die Räume (30) auf den von dem Arbeitsraum abgekehrten Seiten der den Einheiten mit dem thermodynamischen Zyklus zugehörenden Expansionskolben (21) nach der mit diesen Räumen verbundenen zweiten Pumpeinheit (Π) zugewendet sind, während das andere Paar von Einheiten (B₁, B₂) mit dem thermodynamischen Zyklus derart zwischen den beiden Pumpeinheiten (I, Π) liegt, daß die Räume (31) auf den von dem Arbeitsraum abgekehrten Seiten der den Einheiten mit dem thermodynamischen Zyklus zugehörenden Kompressionskolben (26) nach der mit diesen Räumen (31) verbundenen zweiten Pumpeinheit (II) zugekehrt sind, wobei die Räume (30) auf den von dem Arbeitsraum abgekehrten Seiten der den Einheiten mit dem thermodynamischen Zyklus zugehörenden Expansionskolben (21) nach der mit diesen Räumen (30) verbundenen ersten Pumpeinheit (I) zugewendet sind.

4. Heißgaskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeinheiten (I, Π) parallel zueinander angeordnet sind und daß bei zwei Pumpeinheiten ein Paar mit diesen verbundener Einheiten (A₁, A₂) mit dem thermodynamischen Zyklus in einer parallel zu und vor der Ebene der Pumpeinheiten (I, Π) verlaufenden Ebene und das andere Paar mit diesen Pumpeinheiten (I, II) verbundener Einheiten (B₁, B₂) mit dem thermodynamischen Zyklus in einer parallel zu und hinter der Ebene der Pumpeinheiten verlaufenden Ebene liegen, während die Einheiten (A₁, A₂; B₁, B₂) mit dem thermodynamischen Zyklus derart in ihrer betreffenden Ebene liegen, daß in einer Projektion auf die Ebene der Pumpeinheiten (I, II) die Mittellinien der Einheiten mit dem thermodynamischen Zyklus des einen Paares (A₁, A₂) die Mittellinien der Einheiten mit dem thermodynamischen Zyklus des anderen Paares (B₁, B₂) schneiden.

5. Heißgaskolbenmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von jeder Einheit mit dem thermodynamischen Zyklus jeder Kolben mit einem Regelschieber verbunden ist, der sich beim Bewegen der zugehörenden Kolben längs eines Wandteiles eines mit Flüssigkeit gefüllten Raumes auf der von dem Arbeitsraum abgekehrten Seite dieses Kolbens verschiebt, wobei in diesem Wandteil wenigstens eine Flüssigkeitszufuhr- und eine Flüssigkeitsabfuhrleitung ausmünden, welche Mündungen derart angeordnet sind, daß die Flüssigkeitszufuhrleitung frei wird, wenn der Kolben seine äußerste vorgeschriebene Lage überfährt und die Flüssigkeitsabfuhrleitung frei wird, wenn der Kolben seine äußerste Lage in der Kühleinheit einnimmt.

6. Heißgaskolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (20, 25) jeder Einheit (A₁, A₂; B₁, B₂) mit dem thermodynamischen Zyklus, in dem ein Kolben (21, 26) beweglich ist, in einen weiteren zylindrischen Teil (51) übergeht, in dem der kolbenartige Regelschieber (50) beweglich ist, wobei die Maschine einen oder mehrere Kanäle (52) enthält, welche die Räume auf beiden Seiten des Regelschiebers (50) miteinander verbinden und die Flüssigkeitszu- (54) und -abfuhrleitungen (53) an die Wand des weiteren zylindrischen Teiles (51) angeschlossen sind.

7. Heißgaskolbenmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem der mit Flüssigkeit gefüllten Räume in jeder Einheit mit dem thermodynamischen Zyklus sich eine weitere Flüssigkeitzufuhrleitung (55) anschließt, deren Durchgang im Betrieb der Maschine gesperrt ist und daß an der Stelle des Regelschiebers eine weitere Flüssigkeitsabfuhrleitung (56) ausmündet, deren Durchgang auch im Betrieb der

Maschine gesperrt ist, welche Leitungsdurchgänge beim Anlassen der Maschine freigegeben werden können, und die Mündungen (74) der Flüssigkeitsabfuhrleitungen (56) derart angeordnet sind, daß sie frei werden, wenn der betreffende Kolben (21, 26) seine Anlaßlage einnimmt.

8. Heißgaskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander verbundenen Kolben (8, 13) jeder Pumpeinheiten (I, II) mit einem fluchtend zu ihnen liegenden weiteren kolbenartigen Körper (77) verbunden sind, der in einem geschlossenen Zylinder (16) beweglich ist, wobei in dem Raum über diesem Körper (77) eine Flüssigkeitszufuhrleitung (18) ausmündet, durch die Flüssigkeit unter Druck in diesen Raum geführt

werden kann, so daß die Kolben (8, 13) dieser Pumpeinheiten die Anlaßlage einnehmen.

9. Heißgaskolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine eine Pumpvorrichtung (63) enthält, deren Pumpleitung (73) über eine Regelvorrichtung (57, 68, 69) mit den verschiedenen Flüssigkeitszufuhrleitungen (54, 55, 18) in Verbindung gebracht werden kann, und weiter ein Flüssigkeitsbehälter (66) vorhanden ist, mit dem die Flüssigkeitsabfuhrleitungen (53, 56, 79) durch eine Regelvorrichtung (57, 70, 78) in Verbindung gebracht werden können.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1128 275.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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