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Kraftmaschine mit durch Flüssigkeitskolben geregelter Ausdehnung des
Treibmittels in einer sich drehenden Hohlschraube. Die Erfindung betrifft eine Kraftmaschine
:nit durch Flüssigkeitskolben geregelter Ausdehnung des Treibmittels in einer sich
drehenden Hohlschraube.
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Es sind sich drehende Kraftmaschinen bekannt, bei denen auf der Maschinenachse
sitzende Trommeln, die auf dem Umfang schraubenförmig gewundene, in der Achsenrichtung
sich- erweiternde Hohlräume tragen, durch gasförmige Treibmittel dadurch kraftabgehend
in Drehung versetzt werden, daß das Gas, durch Sperrmittel in den Schraubengängen
eingeschlossen und- gleichzeitig gegen Drehung gesichert, infolge fortschreitender
Dehnung in den aufeinanderfolgenden Schraubengängen durch 'Druckwirkung eine Drehkraft
auf die Trommel ausübt. Bei den bekannten Bauarten sind die Sperrmittel Festkörper,
die von außen in die Hohlräume eingreifen und sich mit der Drehung der Trommel in
einer die Trommelachse enthaltenden Ebene nach Art des Zusammenarbeitens von Schnecke
und Schneckenrad fortbewegen. Die schraubenförmig gewundenen Hohlräume müssen also
nach außen hin offen sein, und die Trommel muß in einem dicht anschließenden Gehäuse
laufen. Dies hat den Nachteil unvollkommener Ausnutzung der Druckwirkung des Gases
infolge von Undichtigkeiten; auch die als Sperrmittel wirkenden Festkörper, die
wie Kolben in den Schraubengängen laufen, dichten nur unvollkommen ab. Demzufolge
können größere Druckunterschiede in den aufeinanderfolgenden Schraubengängen nicht
erzeugt werden, und es haben solche Bauarten keine Aussicht als Verbrennungskraftmaschinen
ausgebaut werden zu können, zumal auch zwangsweise geführte Sperrmittel sich nur
unvollkommen rasch ansteigenden Druckunterschieden gegenüber einstellen können.
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Auch sind Kraftmaschinen, die im übrigen in der Umkehrung auch als
Verdichter Verwendung finden können, .bekannt, bei denen Gas in sich erweiternden
Schraubengängen dadurch eingeschlossen sind, daß die nach außen offene Schraube
exzentrisch bis zum .Kern in einem durch Drehung erzeugten Flüssigkeitszylinder
abdichtend eintaucht.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, diese Mängel in vollkommener
Weise dadurch zu beheben, daß eine zylindrische Hohlschraube mit innerem und äußerem
Mantel verwendet wird, in der sich Flüssigkeitskolben als Sperrglieder wie in einer
archimedischen Wasserschraube elastisch einstellbar bewegen. An Stelle der Schwerkraft,
die bei dieser bewirkt, daß die Flüssigkeitskolben mit der Drehung der Wasserschraube
in der Richtung des Umfanges nicht mitgenommen werden und in der Achsenrichtung
fortschreiten., wird im vorliegenden Fall die Fliehkraft als richtende Kraft verwertet,
die durch Drehung .der Hohlschraube um eine außerhalb derselben, zu ihr parallel
liegende Drehachse erzeugt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. In einem
geschlossenen Gehäuse
i drehen sich die Hohlschrauben enthaltenden
Trommeln 2, 3, 4 und 5, die auf r!en Armen 6 der Nabensterne 7 und 8, paarweise
durch Rippen 9 verbunden, mit Zapfen io gelagert sind, je um ihre eigene Achse und
zugleich um die Achse der Nabensterne in den Lagern i i und 12. Die erstere Bewegeng
wird durch das Treibmittel unmittelbar hervorgerufen, indem es in den aufeinanderfolgenden,
sich erweiternden Schraubengängen, z. B. 13 und 14 der Trommeln 2 und 3, in der
Achsenrichtung fortschreitend sich ausdehnt; die zweite wird mittelbar dadurch erzeugt,
daß das auf einer der gekuppelten, sich drehenden Trommeln 2, 3 oder 4, 5 sitzende
Zahnrad 2i mit dem durch Zapfen,22 an dem Stern 8 sitzenden Zwischenrad 23 und dem
gewöhnlich durch Bremse 24 und Welle 25 festgehaltenen Ritzel26 ein Planetengetriebe
bildet,'von dem durch einen Zahnkranz 27 am Stern 8 und Zahnrad 28 die Welle 29
angetrieben wird. Die Drehbewegung um die Achse der Lager i i und 12 unterwirft
die Trommeln exzentrisch der Wirkung der Fliehkraft, so daß darin befindliche Flüssigkeit
bei gleichzeitiger Drehung der Trommeln um ihre .eigene Achse in einer Ebene, die
die zwei Drehachsen enthält, festgehalten und in einzelnen Flüssigkeitskolben durch
die Schraubengänge wie bei der archimedischen Wasserschraube hindurchgefördert wird.
Das Trommelpaar 2, 3 stellt die Ausgestaltung der Kraftmaschine dar, wenn gespanntes
Gas oder Dampf als Treibmittel zur Verfügung steht, während das Trommelpaar 4, 5
den Fall der Verbrennungskraftmaschine insbesondere als Ölmaschine erläutert. Ein
mit dem Gehäuse stillstehender Einsatz 30 ist als Einlaßflansch für die Arbeitsmittel
vorgesehen und durch Rohre 31, 32, 33 mit den am Umfang allseitig offenen Kammern
34, 35 und 36 verbunden. Ein umlaufendes Steuergehäuse 37 mit Zylinderspiegel 38,
Verbindungskanälen 39, anschließenden Verteilerköpfen 40 und 41, von denen noch
weitere entsprechend der Anzahl der Trommelpaare vorhanden sein können, mit flachen
Steuerspiegeln 42, 43, 44 und 45 führt dann die Arbeitsmittel den Trommeln in der
durch Pfeile angedeuteten ZN'eise zu.
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Um in Betrieb zu kommen, wird die Maschine zunächst im Sinne des Pfeiles
5o, der dem Drehsinn der Kraftmaschine entspricht, von Welle 29 aus angetrieben.
Die -zur Bildung der Flüssigkeitskolben verwendete Flüssigkeit wird dabei durch
Leitung 33 dem Raum 36 und damit denKanälen 39 zugeführt. Unter der Wirkung der
Fliehkraft schießt sie in den mittleren. Teil der Verteilerköpfe, z. B. e '0
, ein, geht durch Öffnung 51 in die Naben 17 und 18 über und wird infolge
Drehung der Trommel 2, 3 um ihre eigene Achse durch die Schraubengänge 17 und 18
durchgefördert, gelangt in die seitlichen Kammern des Verteilerkopfes, in denen
sich durch die Wirkung der Fliehkraft ein Flüssigkeitsspiegel einstellt, der sich
entsprechend der zugeführten Flüssigkeifsmenge und im Beharrungszustand entsprechend
der Leistung der Maschine regelt, da dauernd durch die äußeren Öffnungen im Steuerspiegel
42 und 43 mit jedem V orbeistreichen des Endes der Schraubengänge 13 und 14 Flüssigkeit
in diese zur Bil-' dung der Flüssigkeitskolben abgefüllt wird. Die abgefüllte. Flüssigkeit,
den ersten Schraubengang mehr oder weniger ausfüllend, steht in den Schraubengängen
exzentrisch unter der Wirkung der Fliehkraft und schraubt sich infolge der Drehung
der Trommel um ihre eigene Achse durch die schraubenförmigen Hohlräume hindurch,
um am äußersten Ende in das Gehäuse i geschleudert zu werden, in dein sie an den
Wänden abläuft, und durch Filter 47 und 48 hindurch in den Sammelraum 46 geht, aus
dem sie durch die schematisch angedeutete "Leiturig 49 wiederum angesaugt wird.
Wenn erforderlich, bei Schwankungen in der Umgangszahl und in der. Leistung, können
noch besondere Pumpen zur Förderung der Flüssigkeit vorhanden sein.
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Nachdem die Flüssigkeit zur Bildung der Flüssigkeitskolben .in der
beschriebenen Weise beim Anlaufen in die Maschine eingeschlossen ist, wird, sofern
gespanntes Gas oder Dampf als Treibmittel zur Verfügung steht, dieses durch Leitung
31, Raum. 34, Kanal 39 in den inneren Teil der Verteilerköpfe eingeführt und, z.
B. für die Trommel 2, 3, durch die inneren Öffnungen der Steuerspiegel 42 und 43
beim Vorheistreichen des Endes der Schraubengänge 13 und 14 in diese abgefüllt,
um dann beim Weiterdrehen der Schraube zwischen Sem vorhergehenden und dem nächstfolgenden
Flüssigkeitskolben eingeschlossen zu werden. Das Treibmittel wandert dann, jeweils
auf der inneren Seite der Trommel verbleibend, mit den Flüssigkeitskolben durch
sämtliche Schraubenwindungen hindurch, wobei es von Gang zu Gang infolge der Erweiterung
der Gänge sich ausdehnt und hierdurch im Sinne der eingeleiteten Drehung eine Drehkraft
auf die Trommel ausübt, so daß der äußere Antrieb aufhören und Kraft an die Welle
29 abgegeben werden kann. Der am Ende der Hohlschrauben herausfliegende Flüssigkeitskolben
gibt den Austritt für das auf nahezu äußeren Luftdruck ausgedehnte Gas frei, das
dann als Abgas in das Gehäuse i und durch die Auspufföffnung 58 ausgestoßen wird.
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Damit bei fortschreitender Ausdehnung in <',en weiter werdenden
Schraubengängen 13
Und 14 bei gleichbleibender radialer Tiefe das
(-:,a3 an den Flüssigkeitskolben auf der Innenseite nicht vorbeistreicht, sind gegen
Ende der Schraubengänge 13 und 1:I in diese durch radial gestellte, in der Achserrichtung
verlaufende Wände 59 Zellen eingebaut, die nur am äußeren Zylindermantel der Hohlschraube
eine V erbindLing 6o für den Ein- und Austritt des Gases und der Flüssigkeit frei
lassen.
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Wird gespanntes brennbares Gasluftgeinisch als Treibmittel zugeführt,
so kann die Mäschine als Verbrennungskraftmaschine arbeiten, indem das Gas nach
Abfüllen in den Schraubengang und Abschluß durch Flüssigkeitskolben durch eine Zündvorrichtung
entzündet wird, wodurch der Druck zunächst ansteigt. Die Verbrennungsgase dehnen
sich dann in den folgenden Schraubengängen aus; dabei ist auch die Rückwirkung der
Drucksteigerung auf die Hohlschraube zu leisten. Die Zündvorrichtung ist in beispielsweiser
Ausführung an der Trommel 3 angedeutet. Die Zündkerze 61 ist fest in die Trommel
eingebaut und gelangt jeweils in der innersten Stellung mit einem feststehenden
Kontakt 62 in Berührung, wodurch ein Zündfunke überspringt. Um im Arbeitsvorgang
größere Verluste durch Wärmeübergang aus dem Treibmittel an die Flüssigkeitskolben
zu vermeiden, wird die zur Bildung der Kolben erforderliche Flüssigkeit dadurch
vorgewärmt, daß sie aus dem Verteilerkopf nicht unmittelbar in die Schraubengänge
abgefüllt wird, sondern zunächst in der beschriebenen Weise im Gegenstrom zum Arbeitsschraubengang
13 und 1a. durch die Förderschrauben 17 und 18 geleitet wird.
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Soll die Maschine als Olmaschine betrieben werden, so ist der Vorgang
derselbe, nur das an Stelle des gespannten Gasluftgemisches gespannte Verbrennungsluft
von entsprechender Wärme zugeführt wird, in die dann nach Abfüllen in den Schraubengang
Treiböl mittels Preßluft in fein verteiltem Zustand eingespritzt wird, wie in Zeichnung
bei Trominel 4. angegeben. Der Steuerhahn 6¢ wird durch einen festen Anschlag 63
derart betätigt, daß bei Zuleitung des Öls und der Preßluft durch Rohr 32 und Raum
35 die Einspritzung entgegen diem Druck eines Rückschlagventils 66 in dem Augenblick
vor sich gebt, in dem die außen zylindrisch abgedrehte Warze 65 der Trommel an dem
entsprechend abgedrehten Spiegel des Steuerhahnes 6,4 vorbeistreicht.
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Um den Arbeitsvorgang der Verbrennungskraftmaschine wirtschaftlich
zu gestalten, ist das Gasluftgemisch bzw..die Verbrennungsluft vor dem Abfüllen
in die Schraubengänge, wie angenommen, zu verdichten. Dies kann in einem besonderen
Verdichter, der als Umkehrung der Kraftmaschine gebaut ist und von außen Antrieb
erhält, erfolgen, oder der #,'erriichter kann gleichzeitig der Kraftmaschine vorgelagert
werden, so daß der ganze Arbeitsvorgang in derselben Maschine durchgeführt wird,
wie dies für die Ölmaschine in den zusammen arb-eitendenTrommeln 4 und 5 dargestellt
ist. 5, wirkt als Verdichter, d. als Kraftmaschine. Aus dem Verteilerkopf 41 gelangt
die Flüssigkeit durch Nabe 2o, 67 und Löcher 68 und 69 in das weite Ende des für
den Verdichter entgegengesetzt gewundenen Schraubenganges 16, und e bilden sich
wiederum unter der- Wirkung der Fliehkraft Flüssigkeitskolben, während gleichzeitig
durch die Öffnungen 7o Luft aus ;iem Gehäuse i, das mit der äußeren Luft durch Stutzen
71 verbunden ist, in den Schraubengang eintritt. Infolge der Drehung der
Trommel im Sinne der Kraftmaschine, aber bei entgegengesetzt gewundenem, sich verengendem
Schraubengang, wird die Luft gegen den Verteilerkopf zu verdichtet. Durch die äußere
Öffnung im Steuerspiegel 45 tritt dann die Flüssigkeit wieder in den Verteilerkopf
über, solange das innere Schraubenerde 16 in die Flüssigkeit eingetaucht ist. Beim
Austauchen tritt die verdichtete Luft durch die inneren Öffnungen im Steuerspiegel
<.1.5 in den Verteilerkopf über, um sofort in den Schraubengang 15 der Trommel
4. zur Arbeitsleistung abgefüllt zu werden. Der Kanal 39 für Luftzufuhr, Raum 34
und Rohr 31 kommen in Fortfall. Die Flüssigkeit kann in dem Verdichter wieder verwendet
werden, oder sie mischt sich mit der stetig zugeführten, wodurch beide Trommeln
gespeist werden.
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Arbeitet die Maschine als Gasmaschine, so kann die Verdichtung des
Gasluftgemisches ebenfalls in einem gleichachsig vorgelagerten Verdichter vorgenommen
werden; es müßten die Trommeln 5 und 3 paarweise zusammen arbeiten. Bei Verbrennungskraftmaschinen
würden also beispielsweise in dem linken Gehäuseteil die Verdichtertrommeln, in
dem rechten die Kraftinaschinentrommeln laufen. Da sich dann links im Gehäuse Luft
bzw. Gasluftgemiscb, rechts Auspuffgas befinden würde, so ist entweder eine Trennungswand,
oder, wie gezeichnet, ein Trennungswindrad 73 mit zughörigen Leitschaufeln 7q. not."venaig.
Das Windrad kann auch noch den Zweck haben, die Abgase durch von ihm eingesaugte
Luft zu verdünnen und abzukühlen, um die Schmierung rler Maschinenteile sicherzustellen.