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Wärmekraftmaschine. Die Erfindung betrifft -eine 'Wärmekraftmaschine
und besteht darin, daß eine Flüssigkeit wie bei geschlossenen Heißluftmaschinen
. durch einen Verdränger zwischen einem kalten und einem warmen Raum verschoben
wird. Erreicht soll eine größere Leistung werden als mit Luft, da sich eine Flüssigkeit
so gut wie nicht verdichten läßt.
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Wärmekraftmaschinen, welche mit flüssigen Triebmitteln arbeiten, sind
an sich zwar auch' nicht mehrneu; jedoch ärbeitendiese1ekannten Maschinen nicht
nach dem Prinzip der Heißluftmaschinen.
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Die neue Maschine kennzeichnet sich gegenüber den bekannten Heißluftmaschinen
noch dadurch, daß der Verdränger nicht an die Kurbelwelle angeschlossen, sondern
unmittelbar in solcher `reise mit dem Arbeitskolben verbunden ist, daß sich Verdränger
und Kolben in dem einen oder dem anderen Sinne ein bestimmtes Stück gemeinsam bewegen,
worauf der Verdränger zum Stillstand kommt und der Arbeitskolben den Rest des Hubes
allein zurücklegt. Der Vorteil dieser Ausführung liegt vor allem in der Ersparnis
der zweiten Kurbel für den Verdränger.
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Der Erfindungsgegenstand ist auf der Zeichnung dargestellt.
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Abb. i ist ein Längsschnitt eines Zylinders und eines Tauchkolbens
gemäß der Erfindung. Abb. 2 bis 5 zeigen den Tauchkolben und den Verdränger in verschiedenen
Stellungen des Arbeitsprozesses.
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In Abb. i ist ein Stahlzylinder i von verhältnismäßig großer Länge
und geringem Durchmesser am Ende 2 geschlossen. Dieses Ende des Zylinders wird durch
irgendeine geeignete Wärmequelle auf einer hohen Temperatur gehalten.
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Ein Tauchkolben oder Plunger 3 ist durch einen Keil q. mit einer Hülse
5 verbunden, die am Kreuzkopfende 6 der Kolbenstange befestigt ist, während der
Kreuzkopf 7 in bekannter Weise mit einer nicht abgebildeten Schubstange und Kurbelwelle
in Verbindung steht.
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Der Kolben 3 wird in einer festen Führung 8 hin und her verschoben,
die innerhalb der Hülse 5 angeordnet ist, wobei ein Schlitz g in dieser Führung
die Längsbewegung des Keiles q. ermöglicht. Die Führung ist bei io mit Gewinde versehen
und greift in. ein Muttergewinde ii ein, das sich an einem Ende eines Stopfbüchsendeckels
i2 befindet, während das andere Ende desselben in den Zylinder i eintritt. Die Bohrung
des Stöpfbüchsendeckels ist erweitert, um die Kolbenführung sowie Dichtungen
13 aufzunehmen, die sich gegen einen Bund 1q. des Stöpfbüchsendeckels legen,
um den Eintritt von Luft oder das Entweichen von Flüssigkeit in diesem Teil des
Kolbenhubes zu verhindern. Eine -Öffnung 13 in dem Stopfbüchsendeckel 12 gestattet
die Anbringung eines Manometers an diesem Teil und weitere Öffnungen 16 und 17 dienen
als Ein- und Auslaß für eine Ölschmierung des Stopfbüchsendeckels. Diese Öffnungen
sind in der Zeichnung durch Stopfen verschlossen dargestellt.
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Das innere Ende 18 des Stopfbüchsendeckels paßt in die Bohrung i9
des Zylinders i und ein erweiterter Teil 2o desselben legt sich gegen einen Bund
2i der Wandung des Zylinders, dessen Bohrung an dem äußeren Ende erweitert und mit
Gewinde versehen ist, um das äußere Gewinde einer Überwurfmutter 22 aufzunehmen.
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Der Kolben 3 ist so bemessen, daß er am Ende seines Aufganges fast
der Boden 23 des geschlossenen Zylinders erreicht. Der Kolben wird von einem Verdränger
24 umgeben, der, wie in dem Beispiel dargestellt, aus einem Rohr 25 besteht, das
eine poröse Masse von beispielsweise feinen Drähten enthält. Das Rohr 25 wird an
beiden Enden von zylindrischen Blöcken 26 und 27 gehalten, die lose in die Zylinderbohrung
passen. Der Verdränger bewegt sich mit dem Kolben zusammen nur auf einem Teil des
Hinundherganges des letzteren. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Kolben und dem Verdränger
eine nachgiebige Verbindung vorgesehen, die aus einer Feder 28 besteht, welche an
der Wandung des Rohres 25 befestigt ist und einen Stift 29 trägt, der in einen Einsatz
3o des Rohres 25 hineinpaßt und in Vertiefungen 31 und 32 des Kolbens 3 eingreifen
kann.
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In der in Abb. i gezeigten Lage befinden sich Verdränger und Kolben
am Ende ihres Aufwärtshubes. Beim Niedergang nimmt der Kolben den Verdränger 24
mit, bis das Ende 26 des letzteren das Ende 18 des Stopfbüchsendeckels 12 erreicht.
Der Stift 29 der Feder 28 verläßt dann die Vertiefung 31, und der Kolben setzt
seine
Bewegung fort, während der Verdränger stillsteht.
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Der Zylinderraum, der nicht vom Kolben und vom Verdränger eingenommen
wird, ist mit einer Flüssigkeit als Arbeitsmittel gefüllt, z. B. mit einer leicht
beweglichen Legierung von Quecksilber und Blei.
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Während des ersten Teiles des Aufganges des Kolbens bewegen sich Kolben
und Verdränger zusammen, wobei der Stift 29 in die Vertiefung 32 eingreift. Wenn
die Hälfte des Hubes zurückgelegt ist, erreicht das Ende 27 des V erdrängers den
Boden 23 der Zylinderbohrung, so daß der Verdränger stillsteht, während der Kolben
seinen Hub fortsetzt.
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Der Zylinder wird durch einen Wasserumlauf oder in anderer geeigneter
Weise am Ende des Stopfbüchsendeckels gekühlt und, wie oben erwähnt, am geschlossenen
Ende erwärmt.
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Unter der Annahme, daß sich die von dem Kreuzkopf 7 angetriebene Kurbelwelle
ursprünglich in dem Totpunkt befindet, der vom Zylinder am weitesten entfernt ist,
vollzieht sich der Arbeitsprozeß so, wie in den Abb. 2 bis 5 dargestellt.
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Während der ersten Vierteldrehung derKurbelwelle bewegen sich der
Verdränger 24 und der Kolben3 gemeinsam zu dem geschlossenenEnde des Zylinders hin
und der größteTeil desArbeitsmittels wird von dem heißen Ende 23 zu dem kalten Ende
i8 des Zylinders verdrängt, wie in Abb. 2 dargestellt. Diese Verdrängung geschieht
unter einem konstanten niedrigen Druck.
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Beim zweiten Viertel steht der Verdränger, der das Ende 23 des Zylinders
während des ersten Viertels erreicht hat, still, und der Kolben 3 setzt seine Bewegung
zum Ende des Zylinders fort und steigert den Druck des Arbeitsmittels auf seinen
Höchstwert; jetzt ist alle Flüssigkeit zum kalten Ende des Zylinders gebracht worden
und die Teile befinden sich in der in Abb. 3 gezeigten Lage.
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Beim dritten Viertel bewegen sich Kolben und Verdränger zusammen vom
heißen zum kalten Ende des Zylinders, bis der Verdränger zum Ende 18 des Stopfbüchsendeckels
gelangt; dieser Hub vollzieht sich unter einem konstanten hohen Druck und bildet
den Krafthub der Maschine.
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Während des letzten Viertels bewegt sich der Kolben allein; er erlangt
wieder seine Anfangsstellung und erniedrigt den Druck des Arbeitsmittels von seinem
höchsten Wert auf seinen niedrigsten Wert.
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Im ersten Viertel ist die aufgenommene Kraft nur die, welche nötig
ist, um die Flüssigkeit durch den Verdränger hindurch vom heißen zum kalten Zylinderende
zu treiben und die Reibung der beweglichen Teile zu überwinden. Die im zweiten Viertel
aufgenommene Kraft gleicht sich, abgesehen von den Reibungsverlusten, mit der im
vierten Viertel abgegebenen aus.
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Da die Temperatur jedes Flüssigkeitsteilchens bei jeder Umdrehung
der Kurbelwelle gesteuert und darauf erniedrigt «erden muß, ist es wichtig, daß
der Verdränger eine im Verhältnis zur vorhandenen Flüssigkeitsmasse große leitende
Oberfläche aufweist.
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Bei der dargestellten Anordnung sind keine Ventile und ist nur eine
Stopfbüchse vorhanden. Dieselbe Flüssigkeitsmenge bleibt, ohne ihre Beschaffenheit
zu ändern, während des Arbeitsprozesses der Maschine im Zylinder.
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Es können bei der beschriebenen Bauweise verschiedene Abänderungen
getroffen werden; z. B. kann der Verdränger massiv sein oder aus einigen massiven
Stangen bestehen oder die innere Oberfläche des Zylinders kann entweder in der Umfangs-
oder in der Längsrichtung mit Rillen versehen sein.