DE1401219A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung von potentieller in elektrische Energie - Google Patents

Description

Staphcinikirchenwaida l/a ""* Sch./Sn.

^Tel" ^84t>ai Turner / Wolf a a

Edwin E. Turner, 41 Moore Road, Wayland, Mass. /USA

Verfahren und Vorricht.Lns zur Umwandlung von potentieller in eJektrische Energie

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umwandlung potentieller, in Form von Brennstoff vorliegender Energie in elektrische Energie in Form von elektrodynamischer Ausgangsleistun.; und Insbesondere zur Erzeugung von elektrischer Energie nus kinetischer und potentieller Energie in einer Verbrennungskraftmaschine vom Freikolbentyp in Verbindung mit einem längs schwingenden i/fechselstromgenerator.

Zweck der Erfindung ist u.a., eine Maschine .αι schaffen, die nur zwei bewegte Hauptteile aufweist. Weiterhin soll bei der Maschine nach der Erfindung die Verbrennung so geregelt werden, daß der thermische Wirkungsgrad über einen Weiten Lastbereich auf im wesenteichen gleicher Höhe gehalten wird. Hierzu ist erfindungsgeruäß eine kontinuferliche Umwandlung bzw. ein periodischer Wechsel zwischen kinetischer und potentieller Energieform vorgesehen, und zwar in einer solchen Weise, daß der Übergang von der einen in die andere Form stetig and ohne Energieverlust vor sich geht. Dies ist dadurch erreicht worden» daß die Masse der bewegten Teile, ihre Amplitude und Schwingungsfrequenz so gewählt worden sind, daß die in den bewegten Teilen bei Maximalseschwindigkeit . enthaltene kinetische Energie und die in der Endstellung der \ bewegten Tsile gewönne Menge an potentieller Energie im 3as beide mehr oder weniger etwa -::wan^igraal so groß sind als der innere Energieverlust und die durch den Elektrogenerator bei Vollast je Kreisperiode entzogene Energie.

Der Hauptvorteil dieses Verfahrens besteht in dem Ausgleich von Ungleichförmigkeiten., die sich aus den einzelnen Explosionen durch die Trägheit der bewegten Teile ergeben, so daß der Zündzeitpunkt und die Geschwindigkeit der Verbrennung nicht in

'.8 0980 ΐ/0013 BADOBiGlNAL

I ■ -a-

exakter Abhängigkeit zur Stellung der Kolben zum Tonpunkt zu stehen brauchen, wie das bei den gewöhnlichen Kolbenmaschinen der Fall ist. Infolgedessen können hohe Kompressions- und/oder hohe Expansionsverhältnisse angewandt werden mit hohem thermischen Wirkungsgrad und ohne nachteilige Wirkungen infolge von Frühzündungen.

Zur Förderung dieses Zieles, nämlich zur Erlangung eines verlustärmeren Wechsels zwischen kinetischer und potentieller Energieform bei Ergänz ng der potentiellen Energie zu ungewissen Zeitpunkten durch Addition von Wärmeenergie ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Energieumwandlung vorgesehen, das die folgenden Verfahrensschritte umfasst?

1.) die Kompression, begleitet von einem adiabatischen Temperaturanstieg, verläuft in einer solchen Weise, daß sie selbst den Punkt im Kompressionshub steuert, in dem die Zündung stattfindetι

2.) die schwingenden Arbeitselemente der Maschine kehren selbst· tätig, d.h. ohne äußeren Zwang, um, bestimmt nur durch die Summe der Drücke aus der umgewandelten kinetischen Energie der bewegten Kolben, die zusammen mit der aus der Verbrennung sich ergebenden potentiellen Energie als potentielle Energie in dem komprimierten öas erscheinen, derart, daß die Arbeitselemente Schwingungen ausführen, welche ständig Maximalwerte von Amplitude und Geschwindigkeit annehmen, und infolgedessen auch dauernd das Maximum der Druckspitze erreicht wird;

3.) wird die elektrische Ausgangsspannung immer mit der Schwingungsgeschwindigkeit proportional gehalten und

4.) wird der Brennstoffeinlaß je Arbeitsperiode gesteuert * durch die elektrische Ausgangsspannung und/oder den elektrischen Arbeitsstrom, Wodurch sichergestellt wird_a daß die mechanische Amplitude und Frequenz der Schwingung und entsprechend die elektrische Ausgangsspannung und ihre Frequenz auch bei schwankender Belastung im wesentlichen konstant bleiben.

ORIGINAL IMSPECTSD

8 0 9 8 0 f /⁵O 0 16

14012iε

Zur Durchführung des obigen Verfahrens wird nach der Erfindung eine Verbrennungsmaschine nach dem Freikolbentyp verwendet mit Kompressionszündung einer Brennstoffluftmischung, die in den Ringraum zwischen die einander gegenüberliegenden Enden der frei sich bewegenden Kolben eingeführt wird, bevor die Kompression beginnt, wobei die Kolbenmasse gerade so hoch gewählt wird, daß sie genügt, um bei ihrer Maximalgeschwindigkeit eine kinetische Energie zu entwickeln, die mehr oder weniger zwanzigmal so groß ist als der innere Energieverlust und die in einer Kreisperiode bei Vollast dem elektrischen Generator entnommene Energie.. Dabei dind die Kolben als Ringkolben ausgebildet und aus elektrisch leitendem Material hergestellt, so daß sie die zusätzliche Punktion ale bewegtes Stromleitelement in dem als elektrische Energiequelle dienenden längsschwingenden Wechselstromgenerator übernehmen«

Es ist bekannt, daß der thermische Wirkungsgrad von Verbrennungskraftmaschinen von ihrem Kompressions- und Expansionsverhältnis abhängig ist, wenn diese beiden nicht gleich sind und daß sich im allgemeinen bei höherem Kompressions-ZExpansionsverhältnis eine bessere Wirksamkeit ergibt. Es ist ferner bekannt, daß für einen möglichst wirkungsvollen thermodynamlschen Zyklus das Verhältnis des maximalen zum mittleren Effektivdruck hoch sein soll, so daß also sehr hohe Kompressions- und/oder Expansionsverhältnisse oberhalb gewisser Grenzwerte nicht erwünscht sind. Ein Übermässig hohes Kompressionsverhältnis hat zur Folge, daß das Arbeitsmittel derart hohe Temperaturwerte durch die Einflüsse der adiabetischen Kompression erreicht, daß es nicht mehr möglich ist, ohne extreme Maximaldrücke und Temperaturen dem Gas bei konstantem Volumen genügende Wärmemengen zuzuführen. Dies läßt sich am besten bei konstantem Druck durchführen. Jedoch führt die Zufügung von Wärm« bei konstantem Druck dazu, daß das Expansionsverhältnie kleiner wird als das Kompressionsverhältnis und daß sich dadurch der thermodynamische Wirkungsgrad verschlechtert. Für eine gegebene Maschine ergibt sich somit ein günstigster Wert für das.Kompressions- und Expansionsverhältnis und auch ein günstigstes Verhältnis von mittlerem effektivem zu Spitzendruck, so daß die Maschine mit höchster Ausgangsleistung arbeitet, verbunden mit einem maximalen thermodynamisehen und Gesamtwirkungsgrad bei Vollast und daß dieser Wirkungsgrad auch bei geringerer und größerer Belastung weitgehend erhalten bleibt. ORlSlNAL SNSFECTSD

j, D no ο η ι / λ η ι t-

Das optimale Verhältnis des mittleren effektiven Druckes zum Spitzendruck in einer Freikolbenmaschine bei Vollast ist

gleich TTnT ρ worin Q_T das Verhältnis der Massenreaktanz

der einzelnen bewegten Kolben zum mechanischen Verlustwiederstand, gegen welchen sie arbeiten müssen, darstellt. Der Wert von Q^ für Vollast sollte der Bedingung genügen

^L 2 IK-I _v

r (1 - Β^Λ) + K (B-I)

worin ν das Koapresslonsverhältnis darstellt, nämlich das Verhältnis zwischen unkomprimiertem und komprimiertem Gasvolumen in der Verbrennungskammer, bevor die Verbrennung erfolgt.

B ist das sogenannte Gleichdruckverhältnis« Das Verhältnis von Maximaltemperatur in der Verbrennungskammer zu der durch adiabatische Kompression allein erzeugten Temperatur sollte der Gleichung genügen

Κ~Γ~

(K +1)

Dies gilt für Vollast, so daß der Druck gerade im Augenblick der Eröffnung der Auslaßschlitze den kritischen Expansionsenddruck erreicht und den Auspuffgasen dadurch ein maximaler Geschwindigkeitsimpuls erteilt wird, bei einem Minimum zurückgeworfener Wärmeenergie. Dadurch werden die den SpülVorgang der Maschine bestimmenden Ein- und Äuslaßkanäle besonders wirksam zur Resonanz erregt. K ist das Verhältnis der spezifischen Wärmen für konstanten Druck und konstantes Volumen für das benutzte Arbeitsmittel.

Da die Sshwingungs&mplitude und die Kolbengeschwindigkeit im wesentlichen konstant und^bhängig von der Belastung sind, ist, klar, daß der während jeder Periode erreichte Spitzendruck unabhängig von der Belastung im wesentlichen konstant gehalten werden kann, wenn Q,

groß ist. Dies trifft zu, da die Gesamt Spitzenkraft eüa jedem Kolben infolge seiner Eigenbewegung ohne Rücksicht auf die Kraft der Explosion gegeben ist durch die Beziehung

P - fcr μ ■ ■ \

Cu = 2Tf, ORiGiMAL \\

809801/ü 0 Ib

14O12'i£

worin F die Kraft geraessen in Dyne-Einheiten, o« ²^" · ^{f und M d}*^e eines einzelnen Kolbens in Gramm darstellt; f ist die Schwingungsfrequenz je see,*ö die Verschiebung in Zentimeter. Die Kraft F ist groß im Vergleich zur Kraft der Explosion. Um den Wert der Kraft F zu erreichen, muß die Masse jedes Kolbens der Gleichung genügen

-. (ν-) (1-B)^K + K- (B-I)
worin R den mechanischen Widerstand der Kolben in Ohm darstellt.

Beim Konstantdruckvorgang, bei dem der Spitzendruck unabhängig von der Belastung stets gleich ist, schwankt dar mittlere Effektivdruck mit der Belastung. Der mittlere Effektivdruck wird bestimmt durch die Brennstoffmenge, die durch das spannungsgesteuerte Brennstoffeinlaßvent11 in jeder Periode eingelassen wird und reicht gerade aus, um die Belastung und die inneren Verluste zu decken. Somit werden bei Vollast der Planwert von CL. und das Kompressionsverhältnis r erreicht durch Wahl der Masse der Kolben und ihrer Geschwindigkeit bei im wesentlichen fester Amplitude zur Anpassung an den mechanischen Bewegungswiderstand . Der Wert des Expanalonsverhältnisses wird bestimmt durch das GleiohdruckverhSltnis B, das seinerseits bestimmt ist durch Regelung der je Periode eingelassenen Brennstoffmenge. Unter Vollast erreicht der mittlere Effektivdruck seinen Maximalwert im Vergleich zum mittleren Effektivdruck für irgend einen, unter der Vollast liegenden Belastungswert.

Wird die elektrische Belastung des Generators herabgesetzt, so nimmt der mechanische Q-Wert des Systems zu, der mittlere Effektivdruck nimmt ab und die in jeder Periode eingelassene Brennstoffmenge wird herabgesetzt. Die Parameter sichern maximale Wirksamkeit des Systems bei Vollast, wenn der sogenannte Leeäaufwert Q des mechanischen Systems hoch ist, d.h. wenn der Reikungwiderstand bei Leprlauf klein ist. Es wurde festgestellt, daß der sogenannte Leerlaufwert CL, so groß wie möglich sein sollte, aber wenigstens zehnmal so groß als der Vollastwert Q_T und daß dieser Vollastwert

Jj

Q_L numerisch der Gleichung genügen sollte (K-I) (r-1)

VIA
1*7

k-i κ

(1-B) + K (B-I)

um dieses gewünschte Ergebnis zu erzielen.

809801/00

Da die potentielle Energie im komprimierten Gas als Ergebnis der Absorption der kinetischen Energie aus der Kolbenschwingung allein unter diesen Umständen zwanzigmal so groß oder größer ist al;. die bei Vollast je Kreisperiode dem Elektrogenerator entnommene und die innere Verlustenergie, so ist klar, daß durch das Prinzip der Erhaltung der Triebkraft die Kolben ihre Maximalverschiebung erreichen werden, wenn der vorgesehene Spitzendruck erreicht ist und zwar im wesentlichen unabhängig von dem Augenblick, in dem die Explosion stattfindet.

Wenn somit die Explosion stattfindet, bevor die Kolben die ihnen eigene Verschiebungsamplitude erreicht haben, wird die Trägheitskraft sie weiter bewegen, auch trotz .inzwischen erfolgter Explosion, bis alle kinetische Energie der Kolben in potentielle Energie umgewandelt ist. Die Energie wird nicht vernichtet, sondern beim Rückwärtshub als kinetische Energie auf die Kolben zurückgegeben. Mit einem hohen mechanischen Q-Wert der bewegten Maschinenteile und mit Kolben ohne elastischen Widerstand, ausgenommen die Rückwirkungen der komprimierten Gase, läßt sich somit eine freie und verlustarme Umwandlung von kinetischer in potentielle Energieform erzielen, wodurch hohe KompressionsVerhältnisse und ein hoher thermischer Wirkungsgrad ohne nachteilige Rückwirkungen von Vorzündungen erzielt werden. Dies ist ein direktes Ergebnis der Auswahl geeigneter Masse und Geschwindigkeit der Kolben zur Erzielung des optimalen CL.-Wertes und des optimalen Verhältnisses des Spitzendruckes zum mittleren Effektivdruck bei dem gewählten mechanischen Belastungswiderstand.

Wird die Belastung der Maschine durch Herabsetzung der dem Generator entnommenen elektrischen Energie verringert, so bleiben die Schwingungsamplitude, der Spitzendruck, die Kolbengeschwindigkeit, die Ausgangsspannung und Ausgangsfrequenz konstant, jedoch nimmt der mittlere Effektivdruok, die je Hub eingespritzte Brennstoffmenge und der elektrische Ausgangsstrom ab und der mechanische Q-Wert wächst.

Im Grenzfall wird der mittlere Effektivdruck auf einen Wert herabgesetzt, der gerade ausreicht, um die Reibungsverluste und die Leerlaufwärmeverluste Q^ zu decken. Es liegt dann also keine Nutzönergie vor und die eingelassene Brennstoffmenge sinkt auf einen Minimal· wert. Unter diesen Bedingungen arbeitet die Maschine hin und zurück nach derselben adiabatischen Kurve für Kompression und Expansion '^h ORiGaMAL iN^LGTlD - 7 - 8098 Oi/0 015

1401212

und arbeitet damit analog einem mit Minimalverlusten and ohne äußere Arbeltslel&ung schwingenden P©nd@l. "

Das Indikatordiagrainm der Maschine verläuft fast nach einer einzigen adiabatischen Kurve bei Leerlauf und bei Vollast nach zwei im Abstand voneinander liegöndfn adiäbatlsehen Kurven, bei einem konstanten Maxiraaldruek, lagtabhängigen i&ittleren Effektlvdruek, konstantem Hub und konstantem Masimaldruck«

Eine nach diesen Gesichtspunkten ausgeführte Freikolbenmaschine erzielt ihren höchsten Wirkungsgrad bei Vollast für ein gegebenes Kompressionsverhältnis und behält diese gute Wirksamkeit auch für höhere und nieder® Belastungen Über eines w©lfc@n Bereich, und ihr ■ Auspuffdruck wird gleich dem kritischen Exp&nsioiisenddruok bei Vollast, so daß sieh eine höotostwirksame thermodynamisch^ Erregung ' der fi*r ά®η Spülvorgang vorgesehenen resonanten Ein- und AuslaßkanSle ergibt. Die Bedingungen hierfür werden bestimmt durch die Gleichungen

) ΊΓ

M - H . (K«l) Cr-Il

TT IK-

r > Cl-Β

Das GlelehdruckverhSltnis B ist das Verhältnis des Gasvolumens naeh der Verbrennung aber vor der Expansion zu dem Gasvolumön vor der Verbrennung aber naeh der Kompression» Es ist also das Verhältnis der absoluten Temperatur des Gases nach der Verbrennung aber, vor der Expansion zu der absoluten Temperatur nach der Kompression aber vor der Verbrennung«.

P⁰ ist.der absolute Bezugsdruck in pounds je Quadratzoll. K ist das Verhältnis der spezifischen Wärme bei konstantem Druck zu der spezifischen Wärme bei konstantem Volumen. Dieses Verhältnis

hat für Luft den Wert 1,4.

BAD ORIGiNAL

- 8 - 8 0 9 8 0 1/0015

140 12 ι £

Thermodynamisch wird die Arbeitsweise der Maschine definiert durch die" folgenden Parameter.

Ist im Diagramm nach Fig. 3 das Kompressionsverhältnis gleich dem Verhältnis des Volumens bei a zum Volumen bei b, das Gleichdruckverhältnis B gleich dem Verhältnis des Volumens bei b zum Volumen bei c, der Belastungswert Q,_L gleich dem Verhältnis der Massenreaktanz des bewegten Kolbens zum Bewegungswiderstand, so gilt die Gleichung

worin R, gleich dem mechanischen Ohmwiderstand bei Vollast, M gleich der Masse in Gramm, f gleich der Frequenz* Q. gleich dem Q-Wert J^ ^fM

für Leerlauf = J^ =

Rp Ro
R₂ gleich dem mechanischen Widerstand bei Leerlauf in Ohm.

Ist Pq gleich dem Bezugsdruck in pounds je Quadratzoll absolut, T- die absolute Bezugstemperatur in Grad Fahrenheit, K gleich Cp/C_VJ d.h. gleich dem Verhältnis der spezifischen Wärme für Konstantdruck zur spezifischen Wärme für Konstantvolumen (füf Luft gleich 1,4), so gilt für die verschiedenen Punkte des Diagramms •^l)Pa^=P0

2) P_b - P₀ .(r)^K

3) P₀=P₀ ·<*>*

4) P_d=P₀ .(B)^K

• 5) T_a - T₀

6) T₁= T_n . (r)^¹

7) T_c = T₀ .(r)*"¹. B

8) T, - T . B^K.

Der thermische Wirkungsgrad ist Eff = 1- —

Der mechanische Wirkungsgrad ist E

Der Generatorwirkungsgrad wird mit E bezeichnet und der Gesamtwirkuncsgrad mit E. Dieser Gesamtwirkungsgrad folgt der Gleichung

- 9, - ORIGINAL INSPECTED

8 0 <J 8 ü ■ ι / ü 0 15

14012Ί8

^E - l·-- ? ⁵ · κ (B-15 / \^J C—7~J

Ferner gilt

MEP = P° (r)^K

B^K ={ ) ^¹ = 1.895 für Luft bei N.T.P. und B = 1,58 für Luft bei N.T.P.

Dur mechanische Lastwiderstand R in Ohm , gegen welchen die Kolben arbeiten, läßt sich auf folgende Weise bestimment Die mechanische Ausgangsleistung in Watt ist gleich 0,5-ücö . R . 10 , worin ^? die Amplitude des Kolbens in Zentimeter (1/4 des Abstandes zwischen den Enden der Ringkolben bei ihrem größten Abstand voneinander) ist.

Der Spitsenweg der Kraft, die mit der Amplitude und der Masse M erzielt wird, ist

Umgewandelt in puunds ist F„,„_v = Ρ_Λ ., A . r , worin P_Qder absolute Bezuysdruck in pounds je Quadratzoll, A die Endfläche eines Kolbens in Quadratzollj, r das Kompressionsverhältnis und K das Verhältnis der spezifischen Wärme für konstanten Druck zur spezifischen Wärme bei konstantem Volumen ist.

Der Wert der gegen den Widerstand R wirkenden Kraftamplitude ist F =L-.co.R (Dyne), worin λ¹ die Amplitude eines Kolbens und R der Bewegungswiderstand ist. Dieser Wert der Kraft, umgewandelt in pounds, multipliziert mit ^ und dividiert durch die Größe der Stirnfläche eines Kolbens in Quadratzoll A, ergibt den mittleren Effektivdruck in pounds je Quadratzoll:

M.E.P. =

2,248 . 10⁶

-τ — -

BADORiGlNAL

Benutzt man den mittleren Effektivdruck zur Berechnung der geleisteten Arbeit, so muß der Gesanitweg der beiden Kolben, nämlich 4 /pals Hub eingesetzt werden»

8 0 9 8 0 1 / ü 0 I 5

1 4 O 12 ί ε

Der Wert von Q_L ist

ς - T^Max _ ν ν-.; M _ u>M

Für den optimalen Wert Q_L gilt

η _ ί (K-I) . (r-1)

⁴L " 2 ' I K-I. (1-B)* + K (B-I)

Diese Bedingungen können erfüllt werden durch Wahl der geeigneten Masse und Kolbenendfläche, der Kolbenamplitude und Schwingungsfrequenz sowie des Belastungswiderstandes, wobei das Gleichdruckverhältnis bestimmt wird durch Steuerung der je Periode eingelassenen Brennstoffmenge. Für eine Einrichtung nach der Erfindung mögen folgende Werte gelten:

Q_L = 22,75* r = 20,8 B^K = l,859i B = 1,58; P = P₀ = l4,7 pounds/Quadratzoll; P, =* IO3O pounds/Quadratzoll; P₀ = IO3O pounds/o,uadratzoll; P, = 27,85 pounds/Quadratzoll;

T_a « T₀ = 530° P absolut; T^ = I783⁰ F absolut;

T_n = 2815⁰ P Absolut; T₁ = xOO4° F absolut; = 10 Q_L = 227,5; MEP = 71 pounds/Quadratzoll;

= 67,2J^; E = 90#; E_n » 86$; E » 52^; TTU = 245 » absorbierte Wärme je pound Luft; BTU ■ l64,8 = ausgenutzte Wärme je pound Luft; BTU¹ * 80,2 zurückgestrahlte Wärme je pound Luft.

Die Spülung der Maschine wird auf folgende Weise durchgeführt. Der Auspuffdruck wird gleich dem kritischen Expansionsenddruck in den Austrittsschlitzen gemacht, gerade wenn diese geöffnet werden, und zwar durch Einstellung der je Hub bei Vollast eingelassenen Brennstoffmenge, so daß das Unterbrechungsverhältnis gleich B und

K Jl K-I

^{B =} K+ 1

Die im Auslaß zurückgeworfene Wärmeenergie wird benutzt, um die Verbrennungsprodukte mit im wesentlichen Schallgeschwindigkeit für die dann herrschenden Temperaturdruckverhältnisse aus dem Auspuff auszustoßen.

- 11 -

8 0 9 8 0 1/0015

140i 2Ί £

Um den Auspuff zu unterstützen, wird der Auspuffkanal von den Öffnungen 71 (Fig. 1) nach außen gleich der Länge Lp gemacht (Fig. 2), derart, daß die nach links wandernde Druckwelle im Augenblick der Eröffnung der Auslaßschlitze mit der nach rechts wandernden Verdünnungs- oder Unterdruckwelle zusammenstößt. Diese Unterdruckwelle ergibt sich aus der Kompressionswelle des vorangegangenen Hubes., die inzwischen am Auspuffkanal entlang weitergewandert ist und beim Erreichen des Endes des Auslaßkanales 77 einem Phasensprung unterworfen wurde und sodann als Unterdruekxirelle sum Ausgangspunkt zurückkehrt und zwar innerhalb des Zeitintervalls zwischen der ersten Eröffnung der Auslaßschlitze und der nächstfolgenden Eröffnung.

Da die Maschine mit konstanter Frequenz arbeitet, kann diese Kanallänge leicht nach der Weise des schon erwähnten US-Patentes 2 102 bestimmt werden.

Beim Spülvorgang wird unmittelbar nach Eröffnung der Auslaßschlitze durch öffnen der Einlaßschlitze 6l Luft in die Verbrennungskammer eingelassen. Der Einlaßdruck an den Einlaßschlitzen wird automatisch gewonnen durch Resonanz im Einlaßkanal ähnlich wie im Auslaßkanal, nur daß hier eine Druckwelle bei 61 nach links zu laufen beginnt, welche die Verbrennungsprodukte vor sich her austreibt. Darauf folgt eine Unterdruckwelle, die nach rechts durch den Einlaßkanal 46 wandert. Der Kanal hat eine solche Länge L, , daß die Welle bis zu seinem Ende wandert und nach Phasenumkehr als Druckwelle zurückkehrt und an den Schlitzen 6l anlangt gerade wenn diese für eine gewisse Zeit geöffnet werden. Ein wirksamer Spülvorgang wird somit erreicht durch die erzielte Senkung des Druckes unter Atmosphärendruck an den Austrittsschlitzen und die gleichzeitige Erhöhung des Druckes über den Atmosphärendruck an den Einlaßschlitzen in der Zeitfolge der Eröffnung der Ein- und Auslaßschlitze.

Auf .solche rfriise läßt sich der Ersatz der Verbrennungsprodukte durch eine Ladung frischer kühler Luft und Brennstoff ohne Hilfsapparate, wie eine Pumpe, erzielen. Der einzige hierzu erforderliche Energieaufwand ist die am Auslaß zurückgeworfene Abgaswärme» die ohnehin verloren ist. Da nun diese Wärmeenergie im vorliegenden Fall für die Spülung ausgenutzt wird durch akustische Resonanz dos Ein- und Auslaßkaaals, läßt sich dadurch der übliche, mit • r "luordmmg einer Spülpumpe verbundene Energieverlust; ausschalten.

η /w» „«

' - 12 -

Der umkehrbare adiabatische Expansionshuü erstreckt sich über den ganzen Fußteil des thermodynamisehen Kreisprozesses, wie er in Fig. 'j durch Sc-hraffur gekennzeichnet ist und erstreckt sich bis zur Außentemperatur und bis zum Außendruck. Die durch die schraffierte Fläche gezeichnete Wärmeenergie wird ^lso ausgenutzt zur Deckung der Spülarbeit, die sonst vom übrigen Teil des thermodynamisehen Kreisprozesses gedeckt werden müsste. Auf diese Weise wird der Konstantdruckprozeß bis zum äußersten ausgenutzt und der Gesamtwirkungsgrad auf einen Wert gebracht, der nur durch die thermodynamischen Vorgänge im Kreisprozeß selbst bedingt ist und nicht mehr dem Einfluß einer Energieentnahme für den SpUlprozeß unterliegt. Durch Wahl des Gleichdruckverhältnisses B bei Vollast derart, daß

-K

wird das obige Ergebnis mit einem Minimum an Wärmeaufwand erreicht.

Durch Anwendung eines Strahlsaugers 52 an geeigneter Stelle des unter Unterdrück stehenden Einlaßkanales wird eine intensive Mischung des flüssigen Brennstoffes mit der Luft nach der üblichen Vergaserwirkungsweise herbeigeführt.

Zur Erzielung einer ordnungsgemäßen Arbeitsweise muß dafür gesorgt werden, daß die Kolbenbewegungen in richtiger Phasenbeziehung zueinander ablaufen. In den üblichen Freikolbenmaschinen wird diese Phaaenbeziehung gewöhnlich sichergestellt durch Anwendung von Zahnstangen- und Ritzelverbindungen zwischen den beiden Kolben. Im vorliegenden Fall sind solche mechanischen Verbindungen überflüssig. Ein automatischer Phasenausgleioh wird teilweise herbeigeführt durch die Auslässe 80 und 8l in den ringförmigen Pufferzylindern 78 und 79 und zum anderen TiI durch die elektrische Verbindung der Spulen Ij5, 14, 15, 16, durch welche die Geschwindigkeiten und Verschiebungen der Kolben 11 und 12 gleiohgehalten werden. Da diese Kolben auch über die komprimierte Gaeeäule in der Verbrennungskammer 40 miteinander in Verbindung stehen, so wird irgendeine Veränderung in der Geschwindigkeit eines der beiden Kolben durch eine entsprechende Veränderung in der Geschwindigkeit des

- 13 -

O ' '.) O ü ! -*' ι. ¹I j

anderen Kolbens kompensiert und zwar durch die Kupplung dieser Gassäule und der elektrischen Generatoren Ij5, 14, 21 und 15, 16, 22, < über die Belastung parallel oder in Serie liegen. Diese Kupplung durch den elektrischen Generator ergibt sich aus der reversiblen Natur dieser Generatoren, die ebensowohl als Motor wirken, wenn sie mit elektrischem Strom geeigneter Frequenz gespeist werden. Wenn somit die Geschwindigkeit eines der Ringkolben dazu neigt, die Geschwindigkeit des anderen zu übersteigen, so wirkt der erste Kolben als Generator und treibt den zweiten, als Motor wirkenden Kolben an, so daß.er die Geschwindigkeit des ersten Kolbens erreicht und umgekehrt.

BAD ORIGINAL

8 098 0 j / JOIb

Weitere Merkmale und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform, wie sie in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht ist. Darin zeigt:

Pig. 1 einen Längsschnitt durch eine nach der Erfindung arbeitende Freikolbenmaschine,

Pig. 2 eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung und Hilfseinrichtungen für eine Maschine ^n ch Pig. I,

Fig. 3 das D.uO'3-mm. des thermodynamisehen Kreisprozesses,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine abgeänderte Aus-

führungsforra der Freikolbenmaschine gemäß Fig. 1,

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine Abänderung der Vorrichtung nach Fig. 4 nach der Linie V-V der Fig. 4.

Die in Fig. 1 beispielsweise dargestellte Maschine ist mit zwei dünnwendigen, elektrisch leitenden Ringkolben 11, 12 versehen, die koaxial, in Spalten 9., 92, 93 und 94 eines ortsbeständigen radialen elektromagnetischen Feldes geradlinige hochfrequente Schwingungen ausführen. Das Feld wird von Spulen 21, 22 oder einem entsprechenden Permanentmagneten erzeugt. Es findet eine Zusammenwirkung zwischen den elektrisch leitenden Kolben und den Stromerzeugungsspulen 13, 14, 15 und 16 statt, die an entgegengesetzten Enden eines festen zylindrischen Kerns 17 konzentrisch aufgespult sind, der seinerseits von magnetisch leitenden Endringen l8, 19 umgeben ist, die zur Aufnahme der genannten Spulen 13, 14, 15 und 1β sowohl als auch zur Aufnahme der Magnetspulen und 22 ausgespart sind, welche zur Erzeugung des Magnetfeldes in den Spalten 91, 92, 93 und 94 dienen. Die Spulen 13» 14, 15 und 16 stehen in Zusammenwirkung mit den schwingenden Kolben 11 und 12 zum Zwecke der Wechselstromerzeugung, indem der= Fluß der magnetischen Kraftlinien, die radial durch die elektrisch leitenden Kolben hindurchgehen, von den Kolben bei der Hin- und Herbewegung geschnitten wird, so daß in den ringförmigen Kolben ein Wechselstrom erzeugt wird, der dann sekundär durch Induktion dem an die Klemmen der Spulen 13* und 15, 16 angeschlossenen Ausgangsstromkreis 26, 27 (vgl. Fig. S) entnommen werden kann.

. 15 - BAD ORIGINAL

8 0 9 8 0 1 / 0 0 15

1 4 O i 2 ι ε

Um die Hinge 18 und 19 in fester Lage zum Kern 17 zu halten und gleichzeitig Rückhaltemittel für die Schwingkolben 11 und 12 zu schaffen, sind drei Halteelemente 31, 32» 33 vorgesehen und es sind die Halteelemente 31 und 32 mit Planschen 34 und 35 an dem Ring l8 durch in der Zeichnung nicht mit dargestellte Bolzen und die Elemente 32 und 33 mit entsprechenden Planschen 36 und 37 am Ring 19 befestigt. Das mittlere Rückhalteelement 32 ist mit Rippen 39 versehen, um die Temperaturregelung zu erleichtern und seine Innenfläche bildet die äußere zylindrische Wand einer ringförmigen Verbrennungskammer 40, deren innere Wandung durch die Außenseite des Kernes 17 gebildet wird.

Die Enden des Kernes 17 laufen in Stutzen 44 und 45 aus, die als Ein- und Auslaß dienen. Der Einlaß 44 ist an eine Zuführungsleitung 46 (Fi^. 2) angeschlossen, über die eine brennbare Mischung von Kohlenwasserstoff und Luft zugeleitet wird. Die Mischung des Brennstoffes erfolgt in der Zuleitung 46 durch Ansaugen von Brennstoff aus einem Speicherbehälter 47 über ein gesteuertes Ventil 48, das durch eine Feder 49 in der Offenlage gehalten wird und mit Hilfe einer Spule 50 zu schließen ist, deren Erregerstrom dem obengenannten Ausgangsstromkreis der Spulen 13, l4 und 15, 16 entnommen wird. Solange die Ausgangsepannung im Stromkreis 26, 27 auf einer konstanten Höh· bleibt, entsprechend einer konstanten Vibrationsgeschwindigkeit der Kolben 11 und 12, bleibt auch die schließende Kraft der Spule 50 dieselbe und ergibt im Oleichgewicht mit der Öffnungskraft der Feder 49 einen bestimmten Öffnungsgrad des Ventils 48. Da die Spule 50 durch Wechselstrom erregt wird, ist auf ihrem Tauchanker 51 eine geeignete Kurzschlußwindung vorgesehen, so daß in der für Wechselstromspulen üblichen Welse ein ständiger Zug auf den Anker ausgeübt wird. Falls erwünscht, kann in üblicher Weise ein Vorbeiastungsstrom vorgesehen sein, um das Brennstoffzuteilungsventil mit oder ohne die beschriebene Spannungs* kontrolle einstellen zu können.

Bei geeigneter Länge L₁ der EinlaSleitung 46 erzielt «an durch akustische Längsresonanz eine zyklische Drucksteigerung derart, daß gerade beim öffnen des Einlaßkanales 6l ein angemessenes Einströmen von Brennstoffluftgemisch in die Kammer 40 stattfindet.

16 -

B (J U C (J , / c fj { 5

ί ■*. i

ι it. ^ :». -> ηβχΐ A^₁-

12 tue * die ?.·:.'

ΐι <3- Γ- »''J

f rs i <?*

lit.« «r prop'.r

S" elr.a^

* T ιτ~*\

. *1Γ -

Bel ^f^« -/:t\l

γόη ihrer

und 79* ¥1« b«i*<

d«r sici-i

i.,d Sl

ti ld iu

g ?.-'.£3 ¹

kt vorj Hut

Eiiii.-ta6ffRUrtiS.3r. 73 ^nä 61

"": '!■i-^.v.-v.j'i,-"*--!:·. £i'^:^^:- j;.'iAp.i?ii3Ji«i_A -,.:^ιϊ,;ι^η voa ii^ö ä'i Hute gl#ii

8θ₅ Vie --jie 5:^:-·; sein .5JÖg!?ii,, .; ·.·

Sffnen ^iolc ^¹..:

71, um flfts F:?tw«3lüh#n de?

/ ., i . BAD ORIGINAL

140121S

Yerbrennunggprodiikte zu ermöglichen, wenn dl® neu* Semisehladung die Verbrennungskammer füllt?« Der Geßaintciuer&chnltt der Ausgänge 71 mag ebenfalls fleich groß wie der SingQuersehnifct der Verbreimungskainmer 40 sein, um eine gute,- Sptilwi^kung zu erzielen* Falls erwünscht ₍können die Sohiitze 71 den SohXitgeii öl in der Phase leicht voreilsn, um zwischen Aus*· und lialai eine Zeit-· diff erenz entsprechend der in älteren Paten-tea von K&don&Gsr , insbe sondere dem lfS~F&fcenfc 2 144 065 entwickelten Formel au erzielen* Um den Auspuff zu fördern, kann, wie in Fig. 2 angegeben, ein in Hesananz schwingender Auslaßkatnal 7 und 70 geelgast-er iänge I*₂ vorgesehen sein, so daB der Auüendruek periodi©o&A mA zwar gerade beim Eröffnen der Auspuffsohlifcze 71, unter den ^teaaphlrendruok sinkt* Die Länge dieses Auspuffkanale3 sehlleSt den Stutzen 45 bis zu den Auspuffsahlitzen 71 ein·

Wenn die Kolben 11 und 12 sich auswärts bewegen* komprimieren sie die Luft in den Bingtasehen 78* 79· Diese teompr inai er te Luft dient als Speioherkraffc zur Eurüokführung der Kolben in ihre inner» oder Zündsfeellung» Um zu erreiöhen» dmi dieser Ifergang mögliohst verlustlos verläuft, 1st für einen adiabatischen und umkehrbaren Prozeß gesorgt, dureh geeignet« WäraeisSflation der Ringtasohen ^l und 33, die ein Entweichen der Wärme aus der adiabfttisohen verhindern.

öffnungen 80 und Sl scrgen fir ein einwandfreies Arbeiten der Puffertaschen 78 und 79, indem sle'friseha Luft naah jedem Hub einlassen, um Leckverluste auszugleichen. Sie wirken ferner als MIttel aur Phaeenkompensierung und.ÄmpiitMenfeegrenzung, um die Kolben 11 und 12 phasengleleh und wie ob©» besebrleben auf der gewohltan Sehwingungsfrequenz zu halten.

Die Kolben. 11 und 12 sind innen und außen; an-geeigneten_ Bit in der Zeichnung &leht dargestellten Kolbenringen um die Druckerzeugung in der yerbrenntzung&kwneer'4i>.iat9s£' In den Pufferzyllndern 78, 79 zu ermöglichen.

Die Umfangsdehnung der Ringkolbe» 11 und 12 durch die ?©r- £ breniiungshitze ist schon infolge der geringen MassLmaltemgeratur α? der Maschine und des hohen W&rmewirkungsgrad*» 1» 7es^teleh mit S den üblichen Maschinen gering und wird teilweise kompensiert < durch die radiale Beweglichkeit der Kolbenringe In ihren Nuten ο und zum anderen Teil durch die Wahl des Meteriels für 4en ο

AuSenzylin&er 32, den inneren Kern 17 und die Fuffersylinder 31 und 33, die alle denselben Ausdehnungskoeffizienten wie die Kolben 11 und 12haben, Sweckmässig wird genügend Spiel in den Spalten 91* 92* 93 und 94 vorgesehen, um die Umfangsdehnung der Kalben und 12 ohne Reibung an den Spulen 13* 14, 15 und 16 zu ermöglichen« Mit RUekßioht auf die Wärmeausdehnußg sind die Pufferzylinder 31, 33 so mit den BCagnetringen 18 und 19 verbunden, daß sie auf die Längsachse der Maschine ausgerichtet bleiben und gegen Längsbewegungen in jeder Richtung gesichert sind, andererseits aber sich in radialer Richtung frei dehnen und zusammenziehen können, ebenso wie die Kolben 11 und 12. Infolge des gleichen Gewichtes und des Arbeit ens der Kolben in Gegenphase ist die Maschine sowohl statisch als auch dynamisch ausgeglichen und führt als ganzes keine Schwingungen aus·

Natürlich lassen sich die oben beschriebenen Regeln auch ebenso gut auf Freikolbenmaschinen mit luftloser oder Luftsprüheinspritzung des Brennstoffes am Hübende verwirklichen, wobei wie in einer Bieselraaschine in der Kammer 40 nur Luft komprimiert wird. Wenn, aueh die Kompression und Zündung eines Luftbrennstoffgemisches bevorzugt wird, so schließt doch die Erfindung allgemein alle Arten der Brennstoffeinführung ein, da die Vorteile der zwanglosen, Taktfolge in jedem Fall erzielt werden·

Xm Rahmen der Erfindung sind auch noch mancherlei Abänderungen und andere Ausführungen möglich, insbesondere können die angegebenen Merkmals sowohl getrennt «la auch in verschiedenen Kombinationen ζην Anwendung kommen*

Wie schon oben ausgeführt, üföi&ien die Ringfeder auch durch. Peraaneatraagivaten erzeugt werden» In diesem Falle ist es wichtig*» die r&di&le Attsäehmmg der Spalte kurz zu halten, um mit einem Minimum an permanentmagnet ti eohem Material auszukommen. ΒΙφ au« einer Wirkung bestehenden Induktoron nach Fig* 1 können durch eine »ielen Windungen bestehende Wicklung nach Fig* 4 ersetzt

Bei dieser Ausführungafora werden die Ströme unmitfclb&r in dtn sieh bewegenden Windungen erzeugt statt in einer einzigen Kta?a*ehXu3winäuag _und aoäaau duroh Induktion in den

8098 0 "1/00 TS ^omi^i inspected

1 -ί- Ü1

iV,

c;·^⁵ ΐ·.^;ίϊ:.-.?.ΐΐΐ§" !if^iüi" _;.>;>;-ji;hl'ö \"jos'üsa₅" was laaro

,3ni,;:: ,ώι WiC^sIn₅ -!jail sio in

b γλι

ve

vi..5_;j

cgt"¹ das ueliai«^?? cl^r· ifesoia

ΊΕ^-ΐΐωΑ^ stir

c,';jiales EialaSk&aal 101 ::M iiij^iffkanal lös« SHi^aixsi i^IcJ 101 \stä 10?. ä-Äfl^te'l:' 3Λ«ΐ> -am V^nlim^ep IQH mc ^JIÜ3lie:i 10% y&ii 10S₅ wsIö^k^ srlt !men gGgoncBiQi? liü^saec E^-n 10^;;> vaaä. 107 -^n "IiE- «ü.a Siii2tti?ltÄxsal 1§1 vmi IM ji'£:;ii 'LeltliTi-iJt.!?: zu dem Sc^:-.¹. iSiioa i.ö;3 üud 3,10-001- ^^ΐ>3?^,--

!&:$'£■$ 115 ·?Λ

CiC^i³ ΓΊ'Β·£Ο-.ϊ1πο aüüte, Cji

₂,;χ?2.·ΰίΐυί;₃ uio üns'Cii ^jMjI^cnx

kaaSiQa für das Φΐη« li^J ει

^z³POi¹ iyii Isoasiai 3« ü&L ϊαϊΜΙ^ά

^o^T'fiiisiis ist

i;-?s»

d«i?eiä αοκ ioii*

- 20 -

ringförmig. Der Kanal 121 kann auch, statt ringförmig zu sein, aus einer Reihe von rohrförmigen Durchgängen bestehen. Wesentlich ist es, daß der Durchgang 121 vorzugsweise im Querschnitt gleich dem Querschnitt des Kanals 101 bzw* 102 gemacht wird. Ferner wird zweekmlssig der Querschnitt des Kanals 101 halb so groß aus« geführt als der Querschnitt der Verbrennungskammer 124. Es ist ferner eine zweite Gruppe von Ein- und Auslaskanälen 126 und 127 vorgesehen· Diese verlaufen in Axialriohtung vorzugsweise parallel zu dem Kanal 101 in Form eines Blngkanales an der AuSenwandung des Gehäuses. Die inneren Enden der Kanäle 126 münden in den Schlitzen 128« die parallel auf die Schlitze 109 ausgerichtet sind und" zwar befinden sich die Sohlitze 128 und 109 in den einander gegenüberliegenden Hingkammerwandungen 150 und IJl. Das andere Ende des Kanals 126 mündet zusammen mit den Kanälen 121 in einen gemeinsamen Einlaß 132. Der Querschnitt des Kanals 126 soll halb so groß sein als der Querschnitt der Verbrennungskammer 124. Die Schlitze 128 Mngegen mögen gleich oder etwa kleiner im Querschnitt gehalten sein als die Hälfte des Querschnittes der Ringkammer 124. Ebenso sollen die Schlitze 109 gleich oder ein wenig kleiner sein als die Hälfte des Querschnittes der Kammer 124. Die Länge des. Kanals 126 soll gleich sein der Länge des Kanals 101 und 121» um eine möglichst gute Zusammenwirkung zu erreichen. Die Konstruktion der AuslftSseite der Maschine bezüglich der Kanäle 127 und 102 ist der oben beschriebenen Konstruktion der EinlaSseite identisch.

Die Hingkammer 124 wird gebildet durch die Innenwand 131« die Außenwand 130 und dit Innenenden der Kolben l40 und l4l« Die Kolben l40 und l4l sind mit inneren und äußeren Endmaesen 142 und 143 verbunden und weiten ein« zentrale rohrförmige Wicklung 144 auf. Die Endmasaen 142 und 143 tragen geeignete Kolbenringe« die einerseits zur Abdichtung der Gaskammern und andererseits zur Herstellung liner elektrischen Verbindung dienen« wobei dit Kolben* ring· auf der inneren Hasse 142 zur Stromleitung von dem Spulenabschnitt 144 Über noch zu beschreibende Leitungsverbindungen zum Belastungswiderstand dienen. Der Spulenteil l44 wird von eng gewickelten Kupferwindungen gebildet, dl· mit Hilf· eines Olaeodtr Plaetikbindtr», dtr g«gtn Temperatur und Druck widerstandsfähig 1st« zu einem starren zylindrischen Körper Miteinander

- 21 -

IAD ORIGINAL . "

809801/0015

1401218 .j

verbundenen, gegensinnig gewickelten Hälften« Die äuS«r*n Enden sind mechanisch und elektrisch mit den Endmassen l42 rmd 143 verbunden·

Die innere Bndmasse 142 ist längsveraohie&bar in der Ringkiusmer 124 angeordnet. Anschließend und außerhalb dar Kammer 124 ist ein Permanent* oder Elektromagnet von ringförmiger Gestalt angeordnet. Bei Anwendung eines Elektromagneten sind Spulen 151 zu dessen Erregung vorgesehen· Im Rahmen ist eine Schulter 152 vorgesehen« die zusammen mit dem Ringmagneten 150 einen schälen Spalt bildet. In diesem Spalt I5j5 von ringförmiger Gestalt ist <ti« Spule 154 angeordnet. Der KraftfluS des Permanent· oder Ilektromagneten 150 1st radial und zwar in der einen Hälfte des Magneten nach aus« wärts und In der anderen Hälfte nach innen gerlohtet* Wie schon oben ausgeführt» wird durch Umkehr des Wieklungssinn®» in der Spule 144 ein einheitlicher Gleichstrom erzeugt. Der Magnet 150 kann mit dem Rahmen duroh geeignete Mittel wie Bolzen 155 verbunden sein und bei Ausbildung als Elektromagnet Über eine durch den Rahmen 157 eingeführte Leitung 156 gespeist werden»

Jenseits und achsial auswärts des Permanentmagneten 150 1st eine zweite Ringkammer 158 vorgesehen» die durch eine ringförmige Innenwand 159 und eine Außenwand I60 gebildet 1st. Diese Kammer

158 bildet einen Pufferzylinder und enthält die äußer« Mas»· l43* Die Masse I4j3 steht elektrisch und mechanisch in Berührung mit den Wandungen 159 und 16O über die als elektrische Kontakte ausgebildeten, mit der Masse l4jj verbundenen Kolbenringe* Die Wände

159 und 160 sind vom Rahmen durch isolierende Dichtungen I6I und 162 isoliert, welche die Pufferkammer und ihre Wandungen umaohlielen und zur Vermeidung von Erdschluß oder Wärmeverlust eine elektrische Isolierung und Wärmeisolierung bilden. Eine duroh den Bahnen 15? und duroh die Isolation eingeführte Leitung 165 ist mit der HuBertn. Wand 160 zur Stromleitung verbunden. Geeignete Kühlrippen 170 ' mit einer ringförmigen wKrmelsoIierenden Abdeckung 17I und elnta Luft- oder WassereinlaS 172 können zur Bildung einer Luft- oder Wasserkühlung vorgesehen sein, um die Temperatur der Maschine auf geeigneter Höhe zu halten«

_₂₂ j

8098Q1/0Q15

. - 22 -

Die Wicklung 144 schwingt; nach links und rechts und zwar um ihre Mitteletellung mit Amplituden, die in ihrer öröße je etwa * der halben Breite einer der PoIflachen entsprechen« Entsprechend ist der Abstand zwischen benachbarten Polfläohen gleich der Breite der Polfläohen selbst.

Zur Kompensation von Leckverlusten in der Pufferkammer 158 ist eine Rohrverbindung 173 vorgesehen.

Die obige Beschreibung des Einladendes bei der in Fig. 4 dargestellten Ausftihrungsform trifft nach Konstruktion und Wirkungsweise auch auf die Auslaßseite zu*

OrKGiNAL SSSFECTED 80980 1/00 15

Claims (1)

1. Patentansprüche .

   1.) Verfahren und Vorrichtung zur Umwandlung potentieller,, in Form von Brennstoff vorliegender Energie in elektrische Energie in Form von elektrodynamischer Ausgangsleistung, dadurch gekennzeichnet, daß¹ der Brennstoff in einem geschlossenen Raum zur Erzeugung eines Fluidum-Druckes verbrannt und daß die Verbrennung so geregelt wird» dftß die Zündung in wechselnden Phasen des Zyklus der druckbetätigten, den Verbrennungsraum bestimmenden Teile entsprechend dem erzeugten ©ruck erfolgt, so daß ein freier Energiewechsel zwischen dem verbrennenden Kraftstoff und den unter der Einwirkung des erzeugten Druckes schwingenden Teilen stattfindet.

   2.) Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die druöfcbetätigten Teile zur Erzeugung einer elektromotorischen Kraft aus der ihnen durch die Verbrennung aus dem Brennstoff mitgeteilten Energie herangezogen werden»

   >·) Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein sowohl zur Erzeugung des Zünddruckes als auch zur Elektrolnduktion dienendes Element*

   4.) Vorrichtung nach Anspruch 1 biß 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckerzeugung und eltktromagnetischen induktion zwei koaxiale ₃ gegenläufig bewegliche FreikoJbsn (11*12) vorgesehen sind, die zwischen ihren einander zugewandten Stirnflächen den Verbrennungsraum (40) einschließen.

   5·) Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Hingkolben (11, 12) geringer Masse mit großem Durchmesser und relativ geringer Wandstärke.

   6.) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromotorische Kraft von dem bewegten Induktionselement als Primärwicklung transformatorleöh auf tint Sekundärwicklung übertragen wird»

   80980 1/00 15

   -■ 24 -

   7«) Vorrichtung naoh Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Freikolben bezüglich ihrer Masse und Maximalgeschwindigkeit so ausgelegt sind, dafi ihre kinetische Energie bei. Maximalge* söhwindigkeit und die potentielle Energie der zwischen Ihnen komprimierten Gase bei Maximaldruck im wesentlichen zwanzigmal so grofl sind als der innere Energieverlust und die durch die Belastung entzogene Energie je Kreisperiode·

   8·) Vorrichtung naoh Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet* daß Frequenz und Amplitude der Kabenschwingungen so gewühlt •in.d* daß· das Verhältnis der Maseenrtaktanz der Kolben zu dem mechanischen« bei Vollast Ihrer Bewegung entgegenstehenden Wideretand etwa zwanzig let. ·

   9.) Vorrichtung naoh Anspruch 4 bis 8, daduroh gekennzeichnet, daß da· Verhältnis der Massenreaktanz der schwingenden Kolben zu dem mechanischen Bewegungswideratand bei Vollast der Oleiohung

   4-K(B-I)

   genügt, worin r das Kompre»eionsverhältnie, X dm* Verhältnis der spezifischen Wärme für konstanten Druck zu konstantem Volumen und B das Verhältnis der absoluten Temperatur die Oasts nach der Verbrennung, aber vor der Expansion zu der absoluten Temperatur des Oase« naoh der Koapression, abtr vor der Verbrennung ist.

   10O Vorrichtung naoh Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dai das Verhältnis des Volumen· des Arbtitsfluiduns naeh der Verbrennung« aber ror der Expansion zum Voluaen naoh der Kompression, aber vor der Verbrennung bei Vollast gleioh a ist, wobei

   und K gleioh de« Verhältnis der spezifischen Värae für konstanten Druek su konstante» Volueen für das Auspuffgas im AUfienblick der Eräffnung der Auspuffschlitze ist.

   809801/00 15

   1401218

   11.) Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der absoluten Temperatur des Arbeitsfluidums nach der Verbrennung, aber vor der Expansion zu der absoluten Temperatur vor der Verbrennung, aber nach der Kompression bei Vollast gleich B ist, wobei

   K -

   12.) Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (M) jedes Kolbens in Gramm bestimmt ist durch die Gleichung

   ^Λ"^χ (1-Β^Λ) +K(B-I)

   worin R gleich dem mechanischen Ohmwiderstand gegen die Kolbenschwingung, r das Kompressionsverhältnis, B das Gleichdruckverhältnis bei Vollast ist, das durch Regelung des je Hub eingelassenen Brennstoffes eingestellt wird und K£ das Verhältnis der spezifischen Wärme bei konstantem Druck und Volumen ist.

   13.) Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichdruckverhältnis B bei Vollast durch die Gleichung

   -K

   _BK _[ 2 \ If=T

   bestimmt ist.

   14.) Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der schwingenden Kolben, ihre Arbeitsflächen, Geschwindigkeiten und Schwinpngsamplituden so gewählt sind, daß die in der Verbrennungskammer allein infolge der Trägheitskräfte bei maximaler Kompression erzeugte Druckspitze gleich dem absoluten Bezugsdruok

   ■tr

   mal dem Paktor (r) 1st, wobei r das Kompressionsverhältnis und K das Verhältnis der spezifischen Wärme für konstanten Druck zu dem für konstantes Volumen ist.

   - 26 -

   80980 1/00 15

   UOi2ί£ -

   15·) Vorrichtung naoh Anspruch 12, dadurch gekonnzeichnet, daß der mittlere Effektivdruck bei Vollast durch Einstellung des *. Brennstoffeinlasses je Hub gleich dem ■· -fachen derDruckspitze gemacht wird.

   16.) Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Verwendung von in Resonanz schwingenden Brennetoffeinlaßkanälen.

   17.) Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuffschlitze so angeordnet und die Auspuffkanäle ausgebildet sind, daß Einlaß- und Auspuffkanale bei Vollast und maximaler Auspuffgeschwindigkeit in Resonanz mit den Kolben schwingen und der Auspuffdruck im Augenblick der Eröffnung der Auslaßschlitze für einen absoluten Außendruck P⁰ durch die Gleichung bestimmt ist:

   P⁰
   P -*■■--

   - - 2 _s K

   i ^

   V κ + 1]

   18.) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkolben selbst aus elektrisch leitendem Material bestehen und als axiale bewegte Induktorspule mit einer einzigen Windung dienen.

   19.) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis l8, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Magnetfeld axial bewegte, mit einem der beiden Kolben verbundene oder einen Teil des Kolbens bildende Induktorspule über elektrisch leitende, zur Abdichtung dienende Kolbenringe mit dem die elektrische Belastung enthaltenden Stromkreis verbunden ist.

   20.) Elektrischer Freikolbengenerator, insbesondere nach Anspruch 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Kolben in einem magnetischen PeId hin und her bewegt wird und einen elektrischen Induktionsleiter aufweist.

   21.) Generator nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Xnduktionsleiter an einem seiner Enden mit einer Masse verbunden ist»

   ORIGINAL IMSrEOTED - 27 -

   809801/0015

   /■

   22.) Generator nach Anspruch 20 und 21, gekennzeichnet durch ring« f&rmige Kolben und ringförmige Magneten mit einem radialen Magnet· feld.

   23.) Generator nach Anspruch 20 bis 22» dadurch gekennzeichneti daß die ringförmigen Kolbertin einer RingkÄffimer arbeiten, die über innen und auflen angeordnete Schlitze und KanKle von untereinander gleicher Länge und einem Gesamtquerschnitt von etwa der Größe des Kammerquerschnittes mit gemeinsamen öaakanälen verbunden sind.