DE2419715A1

DE2419715A1 - Thermohydraulischer motor

Info

Publication number: DE2419715A1
Application number: DE2419715A
Authority: DE
Inventors: Jean Tubeuf
Original assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Current assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Priority date: 1973-04-26
Filing date: 1974-04-24
Publication date: 1974-11-07
Also published as: US3890784A; IT1009986B; GB1467142A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen thermohydraulischen Motor mit mindestens einer Expansionskammer, welche teilweise mit einer Flüssigkeit und teilweise mit einem expandierbaren Medium zur Erzeugung von Energie gefüllt ist, wobei die Expansion beginnt,-wenn in der Expansionskammer eine Maximalmenge an Flüssigkeit vorhanden ist, sowie mit flüssigkeitsgefüllten Verbindungsleitungen, über die jede Expansionskammer mit mindestens einem Raum veränderbaren Volumens in Verbindung steht, der flüssigkeitsgefüllt ist und auf eine Motorwelle einwirkt.

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Zum Stande der Technik gehören bereits derartige Motoren ■it einer Expansionskammer, welche an zwei Räume veränderbaren Volumens angeschlossen ist, wobei diese Bäume mit der gleichen Antriebswelle verbunden sind. Eine Flüssigkeit, welche teilweise die Expansionskammer und vollständig die Bäume veränderbaren Volumens sowie die Verbindungskanäle und die zwischengeschaltetm Steuereinrichtungen ausfüllt, überträgt die Wirkungen des Drucks und der Veränderung des Volumens.

Die Vereinigung mehrerer Motorelemente dieser Bauart führt zu einer Motoreinheit, welche eine Vielzahl von Expansionskammern und die doppelte Anzahl von Räumen veränderbaren Volumens enthält. Dabei haben diese Räume veränderbaren Volumens einen erheblichen Raumbedarf im Verhältnis zum Raumbedarf der Expansionskammern zur Folge. Dies führt zu einem erhebliehen Raumbedarf in Bezug auf die verfügbare, am Abtrieb abnehmbare Leistung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Motor der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, bei dem der Raumbedarf der Räume veränderbaren Volumens bezogen auf gleiche Endleistung beträchtlich verringert wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen thermohydraulisehen Motor gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch, daß die Anzahl der Räume veränderbaren Volumens kleiner ist als das zweifache der Anzahl der Expansionskammern. Die Verringerung der Anzahl der Räume veränderbaren Volumens gelingt in besonders einfacher und zweckmäßiger Weise

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dadurch, daß in den Verbindungskanälen Steuereinrichtungen für den zeitlich aufeinanderfolgenden Anschluß einer Mehrzahl von Expansionskammern an einen Raum veränderbaren Volumens angeordnet sind.

Bei Beachtung der erfindungsgemäßen Lehre entsteht ein Motor, dessen Abtriebsdrehmoment sehr viel gleichförmiger ist. Ferner wird die Kühlung und die Niederschlagung bzw. Lösung der Verbrennungsprodukte unter weitaus besseren Bedingungen ermöglicht. Aufgrund der erfindungsgemäßen Lehre konstruierte Motoren gestatten eine größere Drehzahl als die zum Stande der Technik gehörenden thermohydraulischen Motoren: Sie besitzen den Vorteil, bei vorgegebenem Raumbedarf eine höhere Leistung zu liefern. Sie ermöglichen eine Leistungsübertragung entweder unmittelbar über das Abtriebsmoment an der Motorwelle oder mittelbar durch Verdrängung der Flüssigkeit in einen Druckspeicher.

Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung - -- sowie deren weitere Vorteile und Besonderheiten sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 9 näher beschrieben:

Es zeigen:

Figur 1 eine Schemazeichnung eines erfindungsgemäßen Motors, bei dem der Flüssigkeitsaustausch schrittweise durchgeführt wird,

Figur 2 eine Schemazeichnung eines anderen Ausführungsbeispiels ,

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Figur 3 eine Schemazeichnung eines Motors, bei

dem der Flüssigkeitsaustausch durch eine in Reihe geschaltete Umwälzeinrichtung bewirkt wird,

Figur 4 eine Schemazeichnung eines Motors, bei

dem der Flüssigkeitsaustausch durch eine parallelgeschaltete Umwälzeinrichtung bewirkt wird,

Figur 5 eine teilweise Schnittzeichnung einer

Umwälzeinrichtung,

Figur 6 eine schematische Schnittzeichnung

eines Motors in einer anderen Ausführungsform,

Figur 7 eine schematische Schnittzeichnung

eines Motors nach einer wiederum anderen Ausführungsform,

Figur 8 einen Querschnitt durch ein weiteres

Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und

Figur 9 einen Axialschnitt durch den Gegenstand

gemäß Figur 8.

In Figur 1 ist mit lol ein Kaum veränderbaren Volumens bezeichnet, der von einem Pumpenkörper mit einem Kolben gebildet wird, welcher über einen Kurbeltrieb auf eine Welle Io3 einwirkt. Der vollständig mit einer Flüssigkeit gefüllte Raum lol veränderbaren Volumens

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ist über eine Leitung Io5 mit einer Steuereinrichtung Io4 verbunden. Der Motor besteht außerdem aus vier Expansionskammern 118, 119, 12o und 121, die über Verbindungsleitungen Io9 bis 116 an die Steuereinrichtung Io4 angeschlossen sind, sowie aus einem Flüssigkeitsspeicher 117, der über die Leitungen Io7 und Io8 mit der Steuereinrichtung Io4 verbunden ist. Die Expansionskammern 118 bis 121 sind teilweise mit Flüssigkeit gefüllt, während die Leitungen, der Raum lol veränderbaren Volumens und die Steuereinrichtung Io4 vollständig mit der gleichen Flüssigkeit gefüllt sind, die im allgemeinen aus Wasser besteht. Der Flüssigkeitsspeicher 117 enthält ebenfalls die gleiche Flüssigkeit und hat eine solche Beschaffenheit, daß in ihm diejenigen Produkte beseitigt werden, mit denen sich die Flüssigkeit innerhalb des Motors beladen hat. Häufig ist dieser Flüssigkeitsspeicher nichts weiter als eine ausreichende Menge Wasser, in dem sich die suspendierten oder in Lösung gegangenen Verunreinigungen in ausreichendem Maße verteilen. Es ist auch möglich, daß die in den Flüssigkeitsspeicher 117 gelangende Flüssigkeit dort einer physikalisch-chemischem Regenerationsbehandlung unterzogen werden.

Die Steuereinrichtung Io4 kann eine der üblichen Konstruktionen sein: Sie kann aus gesteuerten Ventilen, einer drehbaren Hülse oder Platte bestehen, die beispielsweise durch eine Welle 122 angetrieben wird, welche über einen Mitnehmer 123 mit der Welle Io3 verbunden ist. Der Antrieb geschieht in der Weise, daß die Steuereinrichtung Io4 eine vollständige Umdrehung ausführt, während die Welle Io3 fünf durchläuft: Die Umsteuerung wird dabei ausgeführt, wenn der Kolben Io2 in seinen oberen und unteren Totpunkten steht (maximales

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oder minimales Volumen). Durch eine drehbare Verteilerleitung Io6 oder eine andere Maßnahme wird die Verbindung zwischen der Leitung Io5 und jeder der zehn Leitungen Io7 bis 116 aufeinanderfolgend hergestellt. Diejenigen der zehn Leitungen, die gerade nicht mit der Leitung Io5 verbunden sind, sind verschlossen. Bei der in Figur 1 dargestellten Stellung des Motors verdrängt der Raum lol veränderbaren Volumens das in ihm enthaltene Wasser über die Kanäle Io5, Io6 und 111 in Expansionskammer 119, während sämtliche anderen Expansionskammern ebenso abgetrennt sind, wie der Flüssigkeitsspeicher 117. Auch die Leitung 112 ist geschlossen.

Auf diese Weise füllt sich die Expansionskammer 119 allmählich mit Wasser. Durch nicht dargestellte Einrichtungen, die auch für diese Motorenart nicht besonders beschaffen sein müssen, wird in den Raum, der innerhalb der Expansionskammer 119 durch das darin enthaltene Wasser abgegrenzt wird, ein brennbares oder unter D_ruck stehendes Gas wie beispielsweise Wasserdampf aus einem Dampfkessel eingespeist. Bei der Rückkehr des Kolbens Io2 in Richtung aus seinem Totpunkt wirkt der Druck des Gases über die in den Leitungen 112, 106 und Io5 zirkulierende Wassersäule auf den Kolben Io2: Dieser Vorgang bildet einen sogenannten Arbeitshub, der im Falle der Verwendung brennbarer Gase nach deren Verbrennung abläuft. Das im Raum lol veränderbaren 'Volumens während dieses Arbeitshubes angesammelte Wasser wird nachfolgend in die Kammer 12o geschickt, wo es mindestens teilweise durch eine Zerstäubungseinrichtung 126 zerstäubt wird. Geeignete Zerstäubungseinrichtungen bestehen beispielsweise aus

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einer derartigen Anordnung von Einspritzdüsen, daß das Wasser innerhalb des expandierten Gasvolumens zerstäubt wird, wodurch eine rasche Abkühlung des Gasvolumens erzielt wird. Die Füllung der Expansionskammern mit Flüssigkeit kann entweder ganz oder teilweise mittels der Einspritzdüsen durchgeführt verden: Im zuletzt genannten Falle ist die Steuereinrichtung Io4 in der Weise ausgebildet, daß ihre Verbindung mit den Leitungen vor dem Aufwärtshub des Kolbens Io2 hergestellt wird. Der gleiche, aus Kühlung, Verdichtung, Gaseinleitung und gegebenenfalls Zündung, Expansion und Ruhepause bestehende Kreisprozeß wird in zeitlicher Reihenfolge in jeder der Kammern 118 bis 121 ausgeführt. Der gesamte,* in einer Expansionskammer stattfindende Kreisprozeß läuft beispielsweise innerhalb von 0,1 Sekunden ab, während die Motorwelle Io3 mit 5o Umdrehungen pro Sekunde umläuft.

Has zunächst in die Expansionskammer 118 eingespritzte und teilweise durch die Zerstäubungseinrichtung 124 zerstäubte Wasser durchläuft nacheinander die Expansionskammern 119, 12o und 121, wo es sich aufheizt und mit Verbrennungsprodukten oder unverbrannten Rückständen belädt· In einer nachfolgenden Phase des Kreisprozesses wird das Wasser über die Leitung Io7 in den Flüssigkeitsspeicher 117 zurückgeschickt. In der darauffolgenden Phase wird regeneriertes Wasser durch die Leitung Io8 abgezogen und in den Motor geschickt. Der Flüssigkeitsspeicher 117 kann durch einen natürlichen Speicher großen Fassungsvermögens ersetzt werden, in dem sich das verbrauchte Wasser ausreichend verteilt. Der natürliche Speicher kann beispielsweise

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durch die Umgebung eines Schiffes oder durch einen Wasserlauf gebildet werden.

Aus Figur 1 geht hervor, daß der gleiche Pumpenkörper verringerter Abmessungen nacheinander mit mehreren Expansionskammern in Verbindung steht: Der Hubraum innerhalb des Pumpenkörpers stellt nur einen Bruchteil des Gesamtinhalts der Expansionskammern dar. Diese Tatsache ist von besonderer Bedeutung, da bekannt ist, daß bei den herkömmlichen thermohydrau-Iisehen Motoren der Raumbedarf für die mechanischen Elemente im allgemeinen sehr viel größer ist als der Raumbedarf für die Expansionskammern.

Durch geringfügige Veränderung der Einstellung der Steuereinrichtung Io4 kann ein zusätzlicher Vorteil erreicht werden, der aus Figur 2 hervorgeht. In Figur 2 sind gleiche Teile wie in Figur 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen, jedoch ist die Steuereinrichtung dadurch vereinfacht, daß sie nur fünf An- Schlüsse anstelle der bisherigen zehn Anschlüsse besitzt, Rückschlagventile 2o7 bis 216 sind in der Weise vorgesehen, daß durch sie das Wasser im Kreislauf durch die entsprechend ausgebildeten Leitungen geschickt wird. Wenn das Wasser durch den Pumpenkörper verdrängt wird, durchläuft es nacheinander die Rückschlagventile 2o7, 2o9, 211, 213 und 215.

Wenn die Steuereinrichtung Io4 in der Weise eingestellt ist, daß sie ihre Stellung stets dann ändert, wenn der Kolben Io2 durch seinen unteren Totpunkt geht, ist der Kreisprozeß des Motors identisch mit demjenigen gemäß Figur 1. Wenn die Steuereinrichtung mit einer leichten Verzögerung in der Weise eingestellt

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wird, daß sie ihre Stellung ändert, wenn der Kolben Io2 bereits einen Teil seines Aufwärtshubes zurückgelegt hat, bildet sich in jeder Expansionskammer ein Nebel, der die Kühlung der Expansionskammern während der Ruhepause verstärkt. Um diesen Effekt zu erreichen, ist es im allgemeinen ausreichend, die Steuereinrichtung in der Weise einzustellen, daß die Umschaltung erfolgt, wenn der Kolben Io2 etwa 5% seines Aufwärtshubes zurückgelegt hat.

Für die Verbesserung der Kühlung während der Ruhepause der Expansionskammern kann eine Vielzahl von Einrichtungen eingesetzt werden: Man kann mit einer an eine zusätzliche Steuereinrichtung angeschlossenen, nicht dargestellten Pumpe Wasser im Unterteil einer Expansionskammer abziehen und dieses Wasser in die gleiche Expansionskammer mittels eines angeschlossenen Zerstäubers zurückführen. Dies geschieht während eines Teils des Kreisprozesses, in dem die betreffende Expansionskammer nicht mittels der Hauptsteuereinrichtung Io4 an den Raum lol veränderbaren Volumens angeschlossen ist.

Es ist hervorzuheben, daß der Raum lol veränderbaren Volumens bei diesem Ausführungsbeispiel abwechselnd die Rolle eines Motors und diejenige einer Pumpe für den Austausch des verbrauchten Wassers spielt.

In den Figuren 1 und 2 ist ein den Raum lol veränderbaren Volumens einschliessender Pumpenkörper dargestellt, welcher in der Weise an vier Expansionskammern und eine Steuereinrichtung angeschlossen ist, daß der Raum lol veränderbaren Volumens während einer vollständigen Umdrehung der Steuereinrichtung ein einziges

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Hal an den Flüssigkeitsspeicher 117 angeschlossen wird. Es ist natürlich möglich, diesen Ablauf zu verändern und den Raum lol veränderbaren Volumens während einer vollständigen Umdrehung der Steuereinrichtung Io4 mehrere Male an den Flüssigkeitsspeicher 117 anzuschliessen. Es ist beispielsweise möglich, neun Expansionskammern vorzusehen, und den Raum lol veränderbaren Volumens drei—mal während eines Umlaufs der Steuereinrichtung Io4 an den Flüssigkeitsspeicher 117 anzuschliessen. Diese Maßnahme hat zur Folge, daß das Wasser nach dem Durchlauf von drei Exp_ansionskammern ausgetauscht wird.

Es ist möglich, das verbrauchte Wasser in einen Speicher zurückzuführen, in dem eine Speicherung der Energie stattfindet, die in einem zusätzlichen Motor umgesetzt werden kann· In einem solchen Fall wird das mittlere, an der Welle Io3 verfügbare Drehmoment reduziert und kann int Grenzfall 0 sein.

In Figur 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, durch die ein Austausch des Wassers ermöglicht wird. Sämtliche Teile erfüllen die gleiche Aufgabe wie in den vorangegangenen Figuren und sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie in Figur 2. Zwischen dem Raum lol veränderbaren Volumens und der Leitung Io5 ist eine Umwälzeinrichtung angeordnet, die dazu dient, das verbrauchte Wasser in den Flüssigkeitsspeicher 117 zu verdrängen und daraus saubereres Wasser zu entnehmen.

Die Umwälzeinrichtung wird gemäß Figur 5 von einer Doppelpumpe 3oo gebildet. Die Doppelpumpe ist an den Raum lol veränderbaren Volumens über die Leitung 3o3, an die Leitung Io5 über die Leitung 3o4 mit einem Rück-

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schlagventil 3o5 und an den Flüssigkeitsspeicher 117 über die Leitungen 3o6 und 3o7 angeschlossen. Schließlich ist der Raum lol veränderbaren Volumens durch die Leitung 3ol mit einem Rückschlagventil 3o2 an die Lei tung Io5 angeschlossen. Die Rückschlagventile 3o2 und

305 ermöglichen ausschließlich einen Kreislauf des Wassers im Sinne der dargestellten Pfeile.

In der in Figur 3 dargestellten Position verschiebt sich der Kolben Io2 in Richtung auf seinen oberen Tot punkt, wobei er das Wasser durch die Leitungen 3o3 und

306 zum Flüssigkeitsspeicher 117 verdrängt. Eine dieser Menge im wesentlichen gleiche Wassermenge wird aus dem Flüssigkeitsspeicher 117 entnommen und durch die Leitungen 3o7 und 3o4 sowie das Rückschlagventil 3o5 in die Leitung Io5 gefördert. Wenn der Kolben Io2 umgekehrt zu seinem unteren Totpunkt zurückkehrt, wird die Verbindung zwischen der Leitung Io5 und dem Raum lol veränderbaren Volumens unmittelbar über die Leitung 3ol und das Rückschlagventil 3o2 wieder hergestellt.

Die Umwälzpumpe 3oo gemäß Figur 5 ist beispielhaft als doppelte Zahnradpumpe ausgeführt: Die beiden Hälften besitzen die gleichen Charakteristika und sind über eine gemeinsame Achse 31o miteinander verbunden. Eine der Hälften ist im Schnitt dargestellt und zeigt ein Antriebsrad 311, welches auf die Achse 31o aufgekeilt ist, sowie ein loses Rad 312. Aufgrund der Wirkungsweise der Doppelpumpe sind die Flüssigkeitsmengen, welche durch beide Hälften gefördert werden, gleich oder im wesentlichen gleich. Aus Figur 3 geht hervor, daß die Durchsätze der Leitungen 3o3 und 3o4 identisch sind, obwohl in der ersten Leitung verbrauchtes Wasser und in der zweiten Leitung reineres bzw. gereinigtes

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Wasser umläuft. Der Wasseraustausch wird auf diese Weise durch eine mechanisch unabhängige Einrichtung bewirkt.

Der Gegenstand gemäß Figur 4 besitzt eine Umwälzpumpe 3oo des gleichen Typs, bei der jedoch die Welle 31o mit der Motorwelle Io3 durch eine Verbindung 4oo zusammenwirkt. Die Steuereinrichtung Io4 wird in der Weise angetrieben, daß das durch den Kolben Io2 verdrängte Wasser in den Leitungen Io5, I06 und nachfolgend in den Leitungen Io9, 111, 113 und 115 umläuft, während das zum Raum lol veränderbaren Volumens zurückkehrende Wasser der Reihe nach durch die Leitungen Ho, 112, 114 und 116 fließt, bevor es in die Leitungen 4o6 und 4o5 gelangt. Die mechanisch durch die Welle 4oo sowie die Wellen Io3 und 31o angetriebene Umwälzpumpe entnimmt der Leitu-ng 4o5 kontinuierlich verbrauchtes Wasser und ersetzt es durch reineres Wasser über die Leitung Io5. Der Durchsatz der Umwälzpumpe 3oo ist konstant und kann sehr gering gehalten werden.

Die Wirkungsweise der Motoren gemäß den Figuren 1 bis 4 ist im wesentlichen gleich. Jede der Expansionskammern ist mit dem Raum lol veränderbaren Volumens nur während einer kurzen Zeit verbunden und kann gegebenenfalls mit einer Einrichtung zur beschleunigten Kühlung versehen werden, und zwar durch eine Verbindung mit einer Hilfspumpe, die Wasser zum Zwecke einer Zerstäubung in die Expansionskammer fördert. Wie bereits in Verbindung mit Figur 2 ausgeführt, islt es auch möglich, in jeder der Expansionskammern durch Einspritzung eines geringen Prozentsatzes Wasser vor

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einer Umsteuerung von einer Expansionskammer auf die andere einen Nebel zu erzeugen. Dieses Ergebnis kann in bestimmten Fällen sehr einfach durch eine geeignete Verstellung der Steuereinrichtung Io4 erhalten werden. Der Austausch verbrauchten Wassers kann mittels der Wirkung des Raumes lol veränderbaren Volumens bewirkt werden, der einen portionsweisen Austausch des Wassers ermöglicht, oder durch das Hilfsmittel einer zusätzlichen umwälzpumpe, die entweder freilaufend im Falle einer Reihenanordnung oder angetrieben im Falle einer Parallelanordnung verwendet werden kann.

Im Falle einer parallel geführten Wasserumwälzung ist ein Speicher 4o8 mit einem zur Trennung dienenden Freikolben oder einer verformbaren Membran 4o9 zwischen die Leitungen 3o3 und 3o4 geschaltet. Die Umwälzpumpe 3oo, deren Welle 31o durch einen besonderen Motor oder durch die Welle Io3 angetrieben wird, entnimmt die verbrauchte Flüssigkeit demjenigen Teil des Speichers 4o8, der an den Raum lol veränderbaren Volumens angeschlossen ist, und führt frische Flüssigkeit in gleicher Menge dem anderen Teil des Speichers

408 zu, welcher auf der anderen Seite des Kolbens

409 liegt. Der Kolben 4o9 führt eine Aufwärtsbewegung aus, wenn Flüssigkeit aus dem Raum lol veränderbaren Volumens in Richtung auf die Expansionskammern verdrängt wird, und kehrt aufgrund der dauernden Wirkung der Umwälzpumpe 3oo in die Ausgangsstellung zu- ■ rück.

Bei dem Ausführungsbeispiel, gemäß Figur 6 besitzt der Motor eine Welle 6ol, die über Kurbel und Pleuel sechs Kolben 6o2 bis 6o7 antreibt, deren Arbeitshübe gegeneinander um 6o Grad verschöben sind· Dieses Ergebnis

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kann auf unterschiedliche Weise erhalten werden, und zwar durch eine sternfömige Konstruktion gemäß Figur oder durch eine Reihenanordnung mit versetzten Kurbelzapfen, oder durch andere entsprechende Maßnahmen.

Die Kolben verschieben sich im Innern von sechs t Zylindern 608 bis 613. Sechs Expansionskammern 6Γ4 bis 619 sind über Leitungen 62o bis 631 mit den Zylindern verbunden, wobei in den Leitungen nicht dargestellte übliche Einrichtungen zum Öffnen bzw. Schliessen der Leitungen angeordnet sind. Die Zylinder sowie die Leitungen sind vollständig mit Wasser oder einer beliebigen anderen Flüssigkeit gefüllt. Wenn sich der Kolben in einem Zylinder vom oberen Totpunkt entfernt, entnimmt der Zylinder Wasser aus der zugeordneten Expansionskammer mittels der Leitungen 62o, 622, 624, 626, 628 und 63o. Wenn der Kolben zu seinem oberen Totpunkt zurückkehrt, wird das Wasser durch eine der Leitungen 621, 623, 625, 627, 629 und 631 verdrängt. Dieser Ablauf wiederholt sich in Richtung der Pfeile, welche die verschiedenen Leitungen darstellen.

Heiße Gase oder Verbrennungsprodukte werden den Expansionskammern 614 bis 619 zugeführt, wenn diese nahezu mit Wasser gefüllt sind. Die Expansionsarbeit dieser Gase wird, übertragen durch die Flüssigkeit, an der Motorwelle 6ol abgenommen. Aa. Schluß des Expansionsvorganges werden die Gase rasch durch Wasser abgekühlt, welches in zerstäubter Form in die Expansionskammern eintritt, wobei mindestens ein Teil der Gase kondensiert oder in Lösung geht.

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Für den Abzug der nicht kondensierbaren Teile dieser Gase kann eine Auspuffanlage vorgesehen werden. Schließlich ist es möglich, den thermohydraulischen Motor im Viertaktverfahren zu betreiben, wie dies bereits bei anderen Konstruktionen derartiger Motoren vorgeschlagen wurde.

Venn der Kolben 6o5 beispielsweise durch seinen unteren Totpunkt geht, wird das im Zylinder 611 befindliche Wasser durch die Leitung 627 in die Expansionskammer 618 verdrängt, und zwar solange, bis der Kolben 6o5 seinen oberen Totpunkt erreicht, wobei die Motorwelle 6ol eine halbe Umdrehung ausführt_f Während eines ersten Teils dieser halben Umdrehung, genauer während einer Sechstel—Umdrehung, verschiebt sich der Kolben 6o6 in Richtung auf seinen unteren Totpunkt, wodurch eine bestimmte Wassermenge aus der Expansionskammer 618 durch die Leitung 628 abgezogen wird. Es folgt daraus, daß die Expansionskammer 618, die am Ende des Expansionsvorganges nahezu frei von Wasser ist, während des ersten Sechstels der Umdrehung, die der Stellung gemäß Figur 6 folgt, ebenso viel Wasser über die Leitung 627 vom Zylinder 611 erhält, wie sie über die Leitung 628 an den Zylinder 612 abgibt. Nach der Zerstäubung des eintretenden Wassers erfolgt eine rasche Abkühlung bei konstantem oder nahezu konstantem Wasserstand, bevor der Verdichtungshub beginnt. Nachdem der Kolben 606 seinen unteren Totpunkt erreicht hat, steht die Expansionskammer 618 nicht mehr in Verbindung mit dem Zylinder 611, so daß sich die Schritte der Wiederverdichtung, Kondensation und der Lösung vollziehen können. Diese Vorgänge spielen sich abwechselnd in jeder der Expansionskammern ab.

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Aus dem Vorstehenden ergibt sich die Besonderheit eines solchen Motors: Für jede Expansionskammer gibt es eine Zeitspanne im Funktionsablauf, während der die Expansionskaromer gleichzeitig mit zwei Räumen veränderbaren Volumens in Verbindung steht. Dabei spritzt der eine Wasser ein, während der andere eine äquivalente Menge Wasser abzieht.

Für die weiter oben beschriebene Regeneration des Wassers sind alle bisherigen Verfahren anwendbar. Beispielsweise ist der Ersatz der freilaufenden oder der angetriebenen Doppel-Umwälzpumpen durch eine oder mehrere Verbindungsleitungen möglich, oder die Anwendung eines schrittweisen Austausche. Bei einem solchen Motor ist es besonders einfach, das zuletzt beschriebene Verfahren anzuwenden; es ist beispielsweise möglich, die Expansionskammer 619 wegzulassen und die Leitungen 629 und 63o bis zu einem Gebrauchtwasserspeicher und ' bis zu einem Frischwasserspeicher bzw. bis zu einem Wasserlauf oder bis zum Meer zu verlängern. Es ist gleichfalls möglich, das gebrauchte Wasser in einen unter Gegendruck stehenden Speicher zu fördern, um auf diese Weise gespeicherte hydraulische Energie zu erzeugen.

Es ist außerdem möglich, die Zahl der Expansionskammern mittels einer einfachen Steuereinrichtung in der Weise zu vervielfachen, daß in jeder der Expansionskammern ein Kreisprozeß erreicht wird, währenddem die Expansionskammer nur während eines kurzen Zeitanteils in Verbindung mit dem Antriebsteil steht, während der Rest des Kreisprozesses einer wirksameren Kühlung vorbehalten bleibt. Hierdurch ist es möglich, das Triebwerk bei einer sehr einfachen Motorkonstruktion mit

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einer höheren Drehzahl zu betreiben und dadurch die Abtriebsleistung zu verbessern. Außerdem wird bei einer solchen Motorkonstruktion auf einfache Weise ein ruckfreies Abtriebsdrehmoment erhalten.

Die im Zusammenhang mit Figur 6 gemachten Ausführungen gelten auch für die nachfolgende Beschreibung. Figur zeigt sämtliche beweglichen Teile gemäß Figur 6 mit den gleichen Bezugszeichen wie Kolben und Zylinder und eine rotierende Steuereinrichtung 7oo. Die Steuereinrichtung besteht aus fünf Schlitzen, die mit fünf Expansionskammern 7ol bis 7o5 kommunizieren. Durch ein Zusammenspieir von Rückschlagventilen oder durch äquivalente Maßnahmen wird erreicht, daß das in die Expansionskammern eingespeiste Wasser durch die Zerstäubungseinrichtungen gedrückt wird.

Während einer vollständigen Umdrehung der Motorwelle 6ol führt die Steuereinrichtung 7oo eine fünftel Umdrehung aus. Die Anordnung der Steuereinrichtung ist so getroffen, daß ein Zylinder in dem Augenblick abgetrennt ist, in dem dessen Kolben im unteren Totpunkt steht. Eine solche Stellung trifft in der Figur 7 für den Zylinder 611 zu. Gemäß Figur 7 stehen die Zylinder 608, 6o9, 61o, 612 und 613 mit den entsprechenden Expansionskammern 7ol bis 7o5 in Verbindung.

Während der Sechstel—Umdrehung der Motorwelle 6ol, die der Stellung gemäß Figur 7 f.olgt, gelangt der Zylinder 611 in Verbindung mit der Expansionskammer 7o4, und zwar aufgrund einer Rotation der Steuereinrichtung 7oo im Drehsinne des eingezeichneten Pfeils. Während dieser Sechstel-Umdrehung der Motorwelle 6ol erhält die Ex-

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pansionskammer 7o4 soviel Wasser vom Zylinder 611, wie sie an den Zylinder 612 abgibt. Durch eine Anordnung von Leitungen ist der gleiche Erfolg wie bei dem Gegenstand gemäß Figur 6 zu erhalten.

Jede Expansionskammer steht abwechselnd mit jedem Zylinder in Verbindung. Durch den Ersatz einer der Kammern durch einen Flüssigkeitsspeicher wird - wie weiter oben beschrieben - ein Austausch des beladenen und verunreinigten Wassers durch saubereres Wasser erreicht.

Eine besonders einfache Ausführungsform eines Motors gemäß Figur 7 ist in den Figuren.8 und 9 dargestellt. Figur 8 zeigt einen Querschnitt durch eine hydraulische Anordnung, die aus einem Stator mit vier Ausbuchtungen eines Trochoiden-Profils besteht, der mit einem fünfeckigen Rotor zusammenwirkt. Der Rotor 8oo ist durch Zwischenlager auf einem Kurbelzapfen 8ol angeordnet, der exzentrisch auf einer Welle 8o2 befestigt ist. Der Rotor 8oo besitzt die Form eines regelmäßigen Fünfecks, dessen Flächen in Ecken auslaufen, die Fugen bilden. Die fünf Ecken stützen sich gleichzeitig und gleichmäßig auf dem Profil des Stators 8o3 ab. Der Rotor 8oo ist fest mit einem Zahnrad mit Innenverzahnung verbunden, dessen Durchmesser 8o4 gleich dem Zehnfachen der Exzentrizität des Kurbelzapfens 8ol ist. Das Zahnrad greift ununterbrochen in ein weiteres Zahnrad ein, welches am Stator befestigt ist und dessen Durchmesser 8o5 acht-mal so groß wie die Exzentrizität ist. Bei einer Drehung der Welle 8o2 rollt der Kreis 8o4 ohne zu gleiten auf dem Kreis 8o5 ab, wobei die fünf Kanten des Fünfecks eine Kurve durchlaufen, die dem Profil des Stators 8o3 entspricht.

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Die Beschreibung eines fünfeckigen Rotors ist nur beispielhaft; die Anzahl der Ecken kann ohne Schwierigkeiten verändert werden. Dabei wird die Zahl der Ausbuchtungen des Stators im allgemeinen um den Wert Vl" nach unten oder nach oben von der Zahl der Ausnehmungen des Rotors abweichen. Auch die Verhältnisse zwischen den Durchmessern 8o4 und 8o5 und die Exzentrizität können verändert werden.

Aus Figur 8 geht hervor, daß die fünf Räume veränderbaren Volumens vom Rotor, vom Stator und den ebenen Stirnflächen 806 und 8o7 begrenzt sind. Die genannten Räume sind mit denselben Bezugszeichen 811 bis 815 versehen wie die Flächen des fünfeckigen Rotors 8oo. Nach Vollendung einer Umdrehung der Welle 8o2 befindet sich der Rotor 8oo in einer Lage, die um eine fünftel Umdrehung versetzt ist: Die Fläche 811 nimmt dabei die Lage der Seite 812 ein und sojfort.

In Figur 8 entspricht der Raum 811 dem unteren Totpunkt (maximales Volumen) und ist abgeschlossen; sämtliche anderen Räume 812 bis 815 veränderbaren Volumens kommunizieren über Durchgänge, welche durch die Leitungen 816 bis 821 mit drei Expansionskammern 822 bis 824 und mit dem Meer durch eine Leitung 825.*)Der Raum 812, dessen Volumen im Zunehmen begriffen ist, zieht Wasser über die Leitung 817 aus der Expansionskammer 822 ab. Der Raum 811, der sich über die Leitung 825 mit frischem Wasser gefüllt hat, verdrängt dieses Wasser zunächst in die Leitung 816, die mit der Expansionskammer 822 über eine ZersföÄJungseinrichtung in Verbinding steht. Auf diese Weise steht die Expansionskammer 822 gleichzeitig über die Leitung 817 mit dem Raum 812 und über die Leitung 816 mit dem Raum 811 in Verbindung.

*) verbunden sind

409845/0354 *. -2o-

- 2ο -

Auf diese Weise entsteht eine Kütijphase ohne Kompression in der Expansionskammer 822.

Im übrigen ist die Wirkungsweise dieselbe wie bei dem Gegenstand gemäß Figur 7. Es wird eine Konstruktion eines thermohydraulisehen Motors erzielt, welche mechanische Einfachheit mit großer Wirksamkeit vereint: Nur zwei bewegliche Teile, nämlich Welle und Rotor, bewirken sämtliche Funktionsabläufe der Förderung, Steuerung und des Austausch der Flüssigkeit. Darüberhinaus erhält man durch die gleichzeitige Verbindung zweier Räume veränderbaren Volumens mit einer einzigen Expansionskammer eine verbesserte Kühlung. Schließlich ist ein solcher Motor für stark erhöhte Betriebsdrücke ausgelegt, so daß eine höhere Leistung im Verhältnis zum Hubraum entsteht. Der Motor ist auch besonders gut für eine umgekehrte Betriebsweise geeignet, bei der die Welle 8o2 feststehend ausgebildet ist und der Rotor und der Stator sich beide mit konstanter Geschwindigkeit drehen und so einen ausgezeichneten Massenausgleich und eine wirksame Trennung der flüssigen und der gasförmigen Phasen durch eine Zentrifugalwirkung in den Expansionskammern ermöglichen.

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Claims

Thermohydraulischer Motor mit mindestens einer Expansionskammer, welche teilweise mit einer Flüssigkeit und teilweise mit einem expandierbaren Medium zur Erzeugung von Energie .gefüllt ist, wobei die Expansion beginnt, wenn in der Expansionskammer eine maximale Menge an Flüssigkeit vorhanden ist, sowie mit flüssigkeitsgefüllten Verbindungsleitungen, über die jede Expansionskammer mit mindestens einem Raum veränderbaren Volumens in Verbindung steht, der flüssigkeitsgefüllt ist und auf eine Motorwelle einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Räume (lol, 608 bis 613, 811 bis 815) veränderbaren Volumens kleiner ist als das Zweifache der Anzahl der Expansionskammern (118 bis 121, 614 bis 619, 7ol bis 7o5, 822 bis 825).
2. Thermohydraulischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß in den Verbindungsleitungen Steuereinrichtungen (Io4, 7oo) für den zeitlich aufeinanderfolgenden Anschluß einer Mehrzahl von Expansionskammern (118 bis 121, 614 bis 619, 7ol bis 7o5, 822 bis 825) an einen Raum (lol, 608 bis 613, 811 bis 815) veränderbaren Volumens angeordnet sind.
3. Thermohydraulischer Motor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Räume (608 bis 613, 811 bis 815) veränderbaren Volumens mittels der gleichen Welle (60I, 8o2) mit einer Phasenverschiebung antreibbar sind, und daß diese Räume während eines Teils des Arbeitsspiels

m. 22 —

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Bit der gleichen Expansionskammer (614 bis 619, 7ol bis 7o5, 822 bis 825) in Verbindung setzbar sind.
4. Thermohydraulischer Motor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionskammern (118 bis 121, 614 bis 619, 7ol bis 7o5, bis 825) durch eine Steuereinrichtung (Io4, 7oo) abwechselnd von den Räumen (lol, 608 bis 613, bis 815) veränderbaren Volumens abtrennbar sind·
5. Thermohydraulischer Motor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Expansionskammern (614 bis 619, 7ol bis 7o5, 822 bis 825) über Verbindungsleitungen mit zwei Räumen veränderbaren Volumens in Verbindung setzbar ist.
6. Thermohydraulischer Motor nach den Ansprüchen 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet., daß .jede Expansionskammer in zeitlicher Reihenfolge mit jedem Raum veränderbaren Volumens in Verbindung setzbar ist.
7. Thermohydraulischer Motor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Expansionskammer durch einen Flüssigkeitsspeicher (117) ersetzt ist.
8. Thermohydraulischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Verbindungskanäle (Io5, 3ol, 4o5) zwischen den Expansionskammern (118 bis 121, 614 bis 619, 7ol bis 7o5, bis 825) und den Räumen (lol, 608 bis 613, 811 bis 815) veränderbaren Volumens mit Mitteln (3oo) zum

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Ersatz verunreinigter Flüssigkeit durch eine gleiche Menge reiner Flüssigkeit ausgestattet ist.
9. Thermohydraulischer Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Räumen veränderbaren Volumens gerade abgetrennte Expansionskammer mit Mitteln in Verbindung steht, durch welche verun- . reinigte Flüssigkeit durch eine gleiche Menge reiner Flüssigkeit ersetzt wird, welche in die Expansionskammer in zerstäubter Form eingespeist wird.
10. Thermohydraulischer Motor nach den Ansprüchen 7 bis 9, gekennzeichnet durch einen Flüssigkeitsspeicher (117) in welchen die verunreinigte Flüssigkeit beim Austritt ihre hydraulische Energie abgibt.
11. Thermohydraulischer Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß die Räume (811 bis 815) veränderbaren Volumens von zwei Körpern (Boo, 8o3) mit Abweichungen vom Kreisquerschnitt begrenzt sind, von denen der eine die Form einer Trochoide aufweist, wobei die Körper relativ zueinander beweglich sind und die Anzahl der Abweichungen vom Kreisquerschnitt zwischen den beiden Körpern um die Zahl "1" voneinander abweicht.
12. Thermohydraulischer Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionskammern (614 bis 619, 7ol bis 7o5, 822 bis 825) auf einem Gehäuse angeordnet sind, welches um die Motorwelle (6ol, 8o2) herumgeführt ist.
13. Thermohydraulischer Motor mit mindestens einer zwei variable Zonen aufweisenden Expansionskammer, wobei

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die eine Zone für ein durch Energiezufuhr expandierbares Medium und die andere Zone für eine Hydraulikflüssigkeit vorgesehen ist, mit Verbindungsleitungen, die von der Zone für die Flüssigkeit ausgehend mit mindestens einem Raum veränderbaren Volumens in Verbindung stehen, welcher eine lageveränderbare Wand enthält, die mechanische Kräfte auf eine Motorwelle überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Räume (lol, 608 bis 613, 811 bis 815) veränderbaren Volumens kleiner ist als das Zeifache der Anzahl der Expansionskammern (118 bis 121, 614 bis 619, 7ol bis 7o5, 822 bis 825) und daß in den Verbindungsleitungen Steuereinrichtungen (Io4, 7oo) für den zeitlich aufeinanderfolgenden Anschluß einer Mehrzahl von Expansionskammern an einen Raum veränderbaren Volumens angeorndet sind, wobei die Abstimmung der Steuerzeiten der Steuereinrichtungen auf den Raum veränderbaren Volumens in der Weise getroffen ist, daß ein thermodynamischer Kreisproeeß ausgeführt wird. ~'
14. Thermohydraulischer Motor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet. daß die Räume (608 bis 613) veränderbaren Volumens und die Expansionskammern (614 bis 619, 7ol bis 7o5) sternförmig um die Motorwelle (60I) herum angeordnet sind, und daß jede Expansionskammer über absperrbare Leitungen mit dem nächsten und dem benachbarten Raum veränderbaren Volumens in Verbindung steht.
15. Thermohydraulischer Motor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet. daß die Räume (608 - 613) veränder-

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baren Volumens radial in einem rotationssymmetrischen Körper (Figur 7) angeordnet sind, auf dessen Außenfläche eine ringförmige Steuereinrichtung drehbar angeordnet ist.

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