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Explosionspumpe mit schwingender Flüssigkeitssäule, die beim Zurückströmen
eine frische Ladung verdichtet. Die Erfindung betrifft eine Explosionspumpe derjenigen
Art, bei der eine Flüssigkeitssäule in einer Leitung hin und her schwingt.
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Bei den bisherigen Vorrichtungen dieser Art sind die Kammern oben
mit Öffnungen versehen, um ein oder mehrere Ventile für den Eintritt und Austritt
des Druckmittels anbringen zu können.
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So hat man z. B. in der Verbrennungskammer Einlaßventile für Spülluft
und die Bestandteile des brennbaren Gemisches über derjenigen Höhe angebracht, die
die sich bewegende Flüssigkeit beim Beginn der Kompression der neuen Ladung oder
eines anderen elastischen Gaskissens erreicht. Andere Beispiele dieser Art finden
sich in Form von Luftbehältern, die mit Ventilen für den Eintritt und den Austritt
eines elastischen Druckmittels ausgestattet sind und als Kompressoren wirken.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist nun, die Anordnung so getroffen,
daß die Wände des Raumes, in dem ein elastisches Druckmittel zurückgehalten und
durch die hin und her gehende Flüssigkeitssäule verdichtet wird, keine Durchbrechungen
zum Einbau von Ein-und Auslaßorganen für das Druckmittel besitzen.
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Wenn die Ventile für das elastische Druckmittel in einer Kammer so
angeordnet sind, daß die sich bewegende Flüssigkeit über sie hinaussteigt, so werden
zweckmäßig Führungen zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des elastischen Druckmittels
so angeordnet, daß die gewünschte Richtung des Flüssigkeitsstromes erzielt wird.
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Anstatteine Kammer durch einen einzigen Zylinder zu bilden, kann man
auch mehrere Kammern durch mehrere Zylinder herstellen, die an beiden Enden miteinander
in Verbindung stehen. Diese Ausführung ermöglicht die Anordnung von ringförmig stehenden
Ventilen um jede Kammer.
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Die vorliegende Erfindung ist sowohl für Zweitakt als auch für Viertakt
bei Pumpen und Kompressoren anwendbar.
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Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung mehr
oder weniger schematisch veranschaulicht. Die Figuren beschränken sich auf die Darstellung
derjenigen Teile, bei denen die vorliegende Erfindung zur Anwendung gelangt, während
die Vorrichtungen- zur Herbeiführung der Flüssigkeitsschwinungen als bekannt vorausgesetzt
werden.
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Die Fig. i, a und 3 stellen in senkrechtem Schnitt eine zylindrische
Verbrennungskammer dar, die in zwei Teile i und 2 durch eine Scheidewand 3 zerlegt
wird, die sich so weit nach unten erstreckt, daß ihr unteres Ende ständig in die
Flüssigkeit eintaucht. Im oberen Teil der Kammer bleibt ein Stück Rahm ungeteilt
und ist hier durch einen gekrümmten
Deckel 4 abgeschlossen. In
diesem Teil der Kammer wird die brennbare Ladung vor ihrer Zündung verdichtet.
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Auf der einen Seite der Kammer sitzt ein Einlaßventil 5 für die brennbare
Ladung und auf der anderen Seite ein Auslaßventil6 für die Verbrennungsprodukte.
Ein Rückschlagventil 7 ist in die Auspuffleitung eingeschaltet. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel sitzt das Einlaßventil 5 in einer Höhe, die die Flüssigkeit
erreicht, wenn die entzündeten Gase bis auf etwa Atmosphärendruck expandiert sind.
Das Auslaßventil6 sitzt in einer Höhe, die die Flüssigkeit erreicht, wenn die Verdichtung
der frischen Ladung und eines etwa noch vorhandenen Rückstandes von Verbrennungsprodukten
oder Spülluft beginnt.
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In der Verbrennungskammer vollziehen sich nun folgende Vorgänge: Eine
verdichtete Ladung, die in Fig. i durch eine von rechts nach links ansteigende Schraffur
angedeutet ist, wird im oberen Teil der Kammer entzündet, während die Flüssigkeit
bis zur Linie a-a gestiegen ist. Die Ventile 5, 6 und 7 sind sämtlich geschlossen.
Die nun eintretende Expansion treibt die Flüssigkeit in der Verbrennungskammer abwärts
und weiter in der damit in Verbindung stehenden Leitung. Sobald der Flüssigkeitsspiegel
das Ventil s erreicht, haben die expandierenden Gase ungefähr Atmosphärendruck,
und das weitere Fallen der Flüssigkeit in der Kammer ruft durch die Saugwirkung
oder durch eine Feder das Öffnen des Ventiles 6 hervor, während das Ventil ? das
Einsaugen von Verbrennungsprodukten in die Kammer verhindert. Infolgedessen ist
das einzige elastische Druckmittel, das eintreten kann, die brennbare Ladung, die
durch das Ventil 5 eintritt, das der Wirkung einer schwachen Feder .entgegen durch
die Saugwirkung geöffnet wird. Infolge der kinetischen Energie der in Bewegung gesetzten
Flüssigkeitssäule sinkt der Flüssigkeitsspiegel in der Kammer bis zur Linie b-b
(Fig. 2), und der Raum zwischen b und c auf der linken Seite ,der Scheidewand 3
füllt sich mit 'der kühlen Ladung, die in Fig. 2 wiederum durch eine von rechts
nach links ansteigende Schraffur veranschaulicht ist. Sobald die Saugwirkung aufhört,
schließt sich das Ventil 5 unter dem Einfluß seiner Feder.
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Den Raum zwischen der Linie c auf der linken Seite der Scheidewand
und über dieser hinweg bis zur Linie b auf der rechten Seite dieser Wand nehmen
die Verbrennungsprodukte ein, die durch eine gekreuzte Schraffur veranschaulicht
sind. Da diese Verbrennungsprodukte heiß sind, so haben sie das Bestreben, nach
oben zu steigen, und vermischen sich daher nicht mit der kühlen, frischen Ladung.
Die nun einsetzende Aufwärtsbewegung der Flüssigkeit in der Kammer kann zunächst
von der aus der Flüssigkeitszuführung her einströmenden Flüssigkeit und alsdann
von der Rückkehr der Flüssigkeitssäule in der Druckleitung herrühren oder kann vollständig
auf der letzteren beruhen. Auf jeden Fall können, da das Auslaßventil 6 offen ist,
die Verbrennungsprodukte durch dieses Ventil und das Rückschlagventil 7 ausgetrieben
werden, bis die Flüssigkeit die Höhenlage des Ventiles 6 erreicht hat und dieses
Ventil schließt. Die Lage der Ventile kann so gewählt werden, daß an dieser Stelle
des Kreislaufes die in Fig.3 veranschaulichten Verhältnisse herrschen, wobei die
brennbare Ladung oben in der Verbrennungskammer zur Verdichtung- fertig eingeschlossen
ist und die gesamten Verbrenungsprodukte ausgetrieben sind. Die kinetische Energie
der noch weiter zurückströmenden Flüssigkeitssäule wird nun dazu benutzt, die eingeschlossene
Ladung zu verdichten und so die Verhältnisse der Fig, i wieder herzustellen, worauf
die Zündung der frischen Ladung erfolgt.
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Es ist zu beachten, daß die durch das Ventil 5 eintretende Ladung
sowohl nach oben als auch nach unten strömt, und daß diese kalte Ladung stets das
Bestreben hat, in Berührung mit der Oberfläche der Flüssigkeit im Raum r zu bleiben;
und da die Einströmung eine Zeit lang andauert, so tritt die nachfolgende Ladung
in. die schon eingeführte Ladung ein und erzeugt dadurch eine gute Mischung der
Ladungsbestandteile, ölirre daß eine Vermischung mit den Verbrennungsprodukten stattfindet,
was von größer Wichtigkeit ist. Im Augenblick der Zündung befindet sich die über
dem Flüssigkeitsspiegel a-d verdichtete Ladung ausschließlich von Wänden eingeschlossen,
die glatt und ohne Vorsprünge sind, so daß die abkühlende Fläche möglichst gering
gehalten ist. Dies ist deshalb von Wichtigkeit, weil in diesem Augenblick die höchste
Temperatur des Arbeitskreislaufes herrscht und es gerade dann wichtig ist, die Abkühlung
so gering als möglich zu halten.
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Die Scheidewand 3 braucht nicht eben zu sein oder senkrecht zu stehen
und braucht auch die V erbrennungskaminer nicht gerade in gleiche Teile zu teilen.
So ist z. B. in Fig. 4 das obere Ende der Scheidewand nach rechts gekrümmt, und
das Auspuffventil 6 sitzt in dieser Scheidewand selbst, so daß, wenn ein Teil des
brennbaren Gemisches von links nach rechts über die Scheidewand hinweg getrieben
wird, die Zentrifugalkraft das Gemisch soweit wie möglich nach rechts führt und
somit ein Ladungsverlust durch das Ventil 6 vermieden wird. In Fig.4 ist ferner
ein Lufteinlaßventil 8 im Raum 2 angeordnet, das in gleicher Höhe liegt wie das
Ventil 5 im Raum i. Wenn
hierbei am Ende der Expansion Luft durch
das Ventil 8 eintritt, so wird entsprechend weniger brennbares Gemisch durch das
Ventil 5 eingesaugt. Wird z. B. durch das Ventil 8 eine Luftmenge eingeführt, die
gleich ist der Menge des durch 5 eintretenden brennbaren Gemisches, so tritt nur
halb so viel brennbares Gemisch ein, als bei der Ausführungsform nach Fig. z, und
die .eingeführte Ladung liegt unterhalb des Ventils 5, anstatt zur Hälfte darüber
und zur Hälfte darunter. Durch Einstellung einer Feder am Ventil 8 kann also die
Ladungsfüllung in sehr einfacher Weise und mit großer Genauigkeit geregelt werden.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 sind zwei Scheidewände 3a und
31) vorgesehen (siehe auch Fig. 6). Statt dessen kann auch eine zylindrische
Scheidewand in Gestalt eines an beiden Enden offenen Rohres gewählt werden, wie
Fig. 7 im Querschnitt zeigt. An den Kammerwandungen angebrachte, gekrümmte Führungen
können die verschiedenen Ventile umgeben, so daß für die Flüssigkeit der Zutritt
von unten und für Gase der Zutritt von oben frei bleibt. Auf alle Fälle ist es zweckmäßig,
die Ventile symmetrisch anzuordnen, also beispielsweise jedes Ventil doppelt vorzusehen,
wie in Fig. 5 veranschaulicht ist. Bei dieser Ausführungsform würde die Ladung in
den mittleren Raum zwischen beiden Scheidewänden eintreten. Die Anordnung kann aber
natürlich auch so getroffen werden, daß die Einlaßventile 5 sich in den äußeren
Raum öffnen und die Ventile 9 in den mittleren.
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Die Erfindung erleichtert die Anwendung von Schwimmern, Kolben oder
ähnlichen Vorrichtungen zwischen den Verbrennungsgasen und der Flüssigkeit wesentlich,
wie die Fig. 8 und 9 zeigen. Bei diesen Ausführungsformen wird zweckmäßig die Verbrennungskammer
in zwei oder mehr zylindrische Teile zerlegt, die oben so miteinander verbunden
sind, daß die Verbrennung sich in alle Abteilungen fortpflanzt. Bei den Ausführungsformen
nach den Fig. 8 und 9 ist die Kammer in zwei zylindrische Teile zerlegt, die wiederum
mit i und 2 bezeichnet werden sollen,. da sie als einheitliche Verbrennungskammer
wirken, ebenso wie die Räume i und a in den vorhergehenden Figuren.
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In Fig.8 können sich in den Räumen i und 2 Schwimmer io und ri bewegen,
die beispielsweise dünnwandige, dicht abgeschlossene Hohlkörper sind. In diese Schwimmer
kann ein Gas mit einem Druck eingepreßt sein, der dem beabsichtigten Explosionsdruck
des Arbeitskreislaufes entspricht. Hierdurch wird es ermöglicht, den Schwimmer mit
dünnen Wandungen auszuführen, ohne daß die Gefahr besteht, daß der Schwimmer unter
dem auf ihn einwirkenden äußeren Druck zerbricht. Im Kreise angeordnete Einlaßv
entile 5, von denen in der Zeichnung nur zwei veranschaulicht sind, umgeben die
Kammer i, und ebenso sind Auslaßventile 6 um die Kammer 2 angeordnet. Die Höhenlage
der Ventile entspricht der bei Fig. i besprochenen. Auch ein Rückschlagv entil 7
ist in die Auspuffleitung eingeschaltet. Wie aus der oben gegebenen Schilderung
des Arbeitsvorganges hervorgeht, öffnen sich beim Sinken der Flüssigkeit zunächst
die Ventile 6 und dann die Ventile 5, so daß eine Ladung von brennbarem Gemisch
eingesaugt wird, und zwar in die Kammer i, während die Kammer 2 mit den Verbrennungsprodukten
angefüllt bleibt. Wenn hierbei die Verhältnisse'so sind, daß infolge der sich nach
außen bewegenden Flüssigkeitssäule die Schwimmer io und i i unter die in Fig.8 dargestellte
Lage herabgehen würden, so würden die Schwimmer durch elastische Puffer, z. B. Gummiringe
12, aufgehalten werden. Die Gummiringe 12 werden durch Winkeleisen 13 in ihrer Lage
gehalten, von denen das unterste in der Verbrennungskammer befestigt ist. Obgleich
die Puffer die Schwimmer io und i i aufhalten, kann die Flüssigkeitssäule sich weiter
bewegen und eine Saugwirkung . hervorrufen, durch die frische Flüssigkeit durch
die Leitung 1.4 in die Kammer 15 und von da durch die Flüssigkeitseinlaßventile
16 in die Kammer eingesaugt wird. Sobald der Einwärtshub der Flüssigkeitssäule beginnt,
werden die Ventile 16 geschlossen, und die in der Kammer aufsteigende Flüssigkeit
hebt die Schwimmer io und ii, wodurch die Verbrennungsprodukte durch die Ventile
6 ausgetrieben und die frische Brennstoffladung am oberen Ende der Kammern i und
2 verdichtet wird. Da das reichste Gemisch sich in der Kammer r befindet, ist am
oberen Ende dieser Kammer die Zündkerze 17 angebracht. Ist dir Flüssigkeitsstand
im Zuführungsrohr hoch genug, so kann der erste Teil der Aufwärtsbewegung der Schwimmer
durch die Flüssigkeit hervorgerufen werden, die durch die Ventile 16 in die Kammer
eintritt und in dieser aufsteigt. Dies ist der Fall, sobald die eintretende Flüssigkeit
eine größere Menge darstellt, als erforderlich ist, um der sich nach außen bewegenden
Flüssigkeitssäule zu folgen.
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Wenn es erwünscht ist, den mittleren Druck der expandierenden Gase
dadurch zu erhöhen, daß man die Gase mit einem höheren Druck als demjenigen der
Atmosphäre austreten läßt, so kann einer der Schwimmer beim Erreichen des gewünschten
Höhenstandes finit Hilfe einer beliebigen Vorrichtung das Ventil 6 öffnen. Beispielsweise
kann der Schwimmer
i i einen unter Federdruck stehenden Hebel 18
bewegen, der einen Druckluft durch Leitungen 2o und 2i nach einem Kolben 22. führenden
Zweiwegehahn i9 steuert. Der Kolben 22 steht mit der Spindel des Auslaßventiles
6 in Verbindung .und bewegt sich in einem kleinen Zylinder 23. So kann beispielsweise
der Schwimmer i i beim Abwärtsgang den Hebel 18 in der oberen punktiert gezeichrieten
Stellung treffen, in der der Zweiwegehahn den Raum hinter dem Kolben 22 in Verbindung
mit der Atmosphäre gebracht hat, so daß die Ventile 6 durch den Druck der expandierenden
Gase geschlossen gehalten werden. Die weitere Abwärtsbewegung des Schwimmers i i
steuert dann den Hebel 18 so, daß Druckluft hinter die Kolben 22 gelangt
und dadurch die Ventile 6 dem Druck der Kammer i und 2 entgegen geöffnet werden.
Die Verbrennungsprodukte strömen dann aus; bis Atmosphärendruck erreicht ist, worauf
zuerst Luft und dann brennbares Gemisch unter Druck durch die in der Kammer i angeordneten
Ventile eingeführt werden kann. Die Ventile sind in diesem Falle verhältnismäßig
tiefer angeordnet als die Ventile 5 in Fig. B. Wenn der Schwimmer ii sich wieder
hebt, bewegt sich der Hebel 18 wieder unter dem Einfluß seiner Feder in die punktiert
gezeichnete Lage und beseitigt dadurch den Drück hinter dem Kolben 22, so daß die
Ventile 6 sich unter der Einwirkung der steigenden Flüssigkeit schließen.
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Fig.9 zeigt eine Pumpe, bei der an Stelle der. Schwimmer der Fig.8
Kolben getreten sind. Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel bestehen die Kolben
aus zwei Teilen 24 und 25, die in die Zylinder passen und durch dünnere Teile 26
miteinander verbunden sind. Die Kolbenstangen 27 erstrecken sich durch Stopfbüchsen
28 und verbinden die Kolben mit einem anderen Kolben 29, der in einer luftdichten
Kammer 3o angeordnet- ist. Die Verbindungsstücke 26 können von solcher Länge sein,
daß die oberen Kolben 24 sich nur in denjenigen Teilen der Verbrennungskammern bewegen,
die nicht von der Flüssigkeit bestrichen werden, so daß diese Kolbenteile gut geschmiert
werden können. In Fig. 9 ist indessen die Entfernung zwischen den Kolbenteilen 24
und 25 nicht groß genug gezeichnet, um dieser Bedingung Rechnung zu tragen. Der
untere Kolbenteil 25 streicht aber in allen Fällen die Flüssigkeit von den Zylinderwänden
ab. Etwaige Flüssigkeit, die durch die unteren Kolbenteile übertritt, kann durch
ein Rückschlagventil 31 entweichen, das durch einen Flüssigkeitsverschluß abgedichtet
ist.
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Auch bei dieser Ausführungsform sind Einlaßventile 5 und Auslaßventile
6 vorhanden. Eine besondere Konstruktion für die .@uslaßventile 6 ist in den Fig.
io und i i veranschaulicht. Bei der in Fig. 9 dargestellten Lage der Kolben befindet
sich eine verdichtete, brennbare Ladung im oberen Teil der Kamniern i und 2 und
nach der Züridungg und durch die Expansion werden die Kolben abwärts getrieben,
wobei sie die unterhalb des Kolbenteils 25 befindliche Flüssigkeit abwärts und im
Förderrohr auswärts treiben, wodurch die Schwingung der darin befindlichen Flüssigkeitssäule
eingeleitet wird. Wenn das obere Ende des Kolbens in der Kammer 2 an dem Auslaß
32 vorbeigeht, so werden die Ventile 6 auf ihren Sitzen 33 (Fig. io) durch den Druck
in der Kammer gehalten. Sobald die Expansion bis auf Atmosphärendruck gegangen ist,
öffnen sich die Ventile 6 entweder durch ihre Federn oder durch, die Saugwirkung
und bleiben während der weiteren Abwärtsbewegung der Kolben und während der folgenden
Aufwärtsbewegung offen, bis das obere Ende des Kolbens 24 die Schlitze 32 wieder
schließt. Durch die Weiterbewegung wird die über den beiden Kolben befindliche Ladung
verdichtet und die Druckzunahme, die auf die mit kolbenartigen Köpfen versehenen
Ventile 6 wirkt, zwingt diese Ventile auf ihre Sitze. Wenn in der Kammer i das obere
Ende des Kolbens unter die Ventile 5 gelangt ist, so öffnen sich diese Ventile unter
der Saugwirkung und schließen sich unter der Wirkung ihrer Federn, sobald die Kolbenbewegung
aufhört. Um die kinetische Energie der nach außen getriebenen Flüssigkeitssäule
zum Einsaugen von mehr Flüssigkeit durch die Ventile 16 auszunutzen, kann die Bewegung
der Kolben durch die Verdichtung eines elastischen Druckmittels in der Kammer 3o
aufgehalten werden, während die Flüssigkeit sich noch weiter nach außen bewegt.
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Rechts am Zylinder 3o befindet sich eine Umleitung 34, die bei 35
und 36 in den Zylinder mündet, so daß das elastische Druckmittel unter dem Kolben
29 durch die Umleitung 34 in. den Raum über dem Kolben 29 befördert wird, wenn der
Kolben sich abwärts bewegt; sobald indessen der Schlitz 36 vom Kolben überschritten
.'wird, so besteht der einzige Weg für das elastische Druckmittel über einen Schlitz
37 und ein Ventil 38. Je nachdem dieses Ventil 38 mehr oder weniger geschlossen
wird, kann die Abwärtsbewegung des Kolbens 29 in dem gewünschten Maße abgebremst
werden. Auf alle Fälle findet aber nach dem t'berschreiten des Schlitzes 37 eine
Verdichtung des Restes des elastischen Druckmittels unter dem Kolben 29 statt.
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Die Aufwärtsbewegung des Kolbens kann durch die zurückströmende Flüssigkeitssäule
im Förderrohr herbeigeführt werden, die
unter Umständen auch durch
die Expansion des elastischen Druckmittels unter dem Kölben 29 unterstützt wird.
Wenn sich die Flüssigkeitszuleitung in einer geeigneten Höhenlage befindet, so kann
frische Flüssigkeit unter Druck zufließen. Auf der linken Seite des Zylinders
30 ist eine abweichende Anordnung veranschaulicht, bei der zwei Schlitze
39 und 40 in der Nähe des oberen Zylinderendes dargestellt sind. Geht bei einer
solchen Anordnung der Kolben 29 abwärts und schließt er dabei den Schlitz 40 ab,
so wird das gesamte elastische Druckmittel unter dem Kolben verdichtet. Hierdurch
kann so viel Energie aufgespeichert werden, daß, wenn die Kolben in ihrer Tieflage
zur Ruhe gelangen, ihre Aufwärtsbewegung teilweise oder vorwiegend durch die Expansion
des elastischen Druckmittels unter dem Kolben 29 herbeigeführt wird. Das im Zylinder
30 enthaltene elastische Druckmittel kann für gewöhnlich auf einen Druck
verdichtet werden, der über dem Atmosphärendruck liegt, in welchem Falle der Gesamtbetrag
der unter dem Kolben 29 aufgespeicherten Energie nach einer gegebenen Abwärtsbewegung
größer sein wird. Über dem Kolben 29 kann man auch ein Vakuum erzeugen, das ebenfalls
Energie aufspeichert. In diesem Falle können die Schlitze 39 und 40 fortgelassen
werden. Es ist auch ersichtlich, daß an Stelle eines Zylinders 3o und eines Kolbens
29 für jeden der Kolben 24, 25 ein besonderer Zylinder 30 mit Kolben 29 vorgesehen
sein kann. Wenn die Anordnung so getroffen ist, daß die im Zylinder 3o aufgespeicherte
Energie den ersten Teil der Aufwärtsbewegung der oberen Kolben in der Verbrennungskammer
hervorruft, so kann die Fortsetzung der Aufwärtsbewegung der Kolben durch die Rückkehr
der Flüssigkeit im Förderrohr erreicht werden. Der Kolben 29 kann anstatt auf ein
elastisches Druckmittel auch auf eine Flüssigkeit wirken und dadurch Flüssigkeit
auf eine gewisse Höhe heben, und so zur Aufwärtsbewegung der Kolben 24, 25 Energie
aufspeichern. Die verschiedenen Mittel zur Energieaufspeicherung können auch miteinander
kombiniert werden.
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Aus der Fig.9 ergibt sich auch der Vorteil der vorliegenden Erfindung,
der in der leichten und bequemen Zugänglichkeit der Verbrennungskammer und der Ventile
besteht. In dieser Figur ist der obere Teil der Verbrennungskammern abnehmbar dargestellt,
und es ergibt sich aus der Zeichnung, daß zum Abnehmen der Deckel keine Leitungen
öder Ventile blosgelegt zu werden brauchen.