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Verdichter mit hin und her gehendem Flüssigkeitskolben zum Antrieb
mit Kraftgasen Es sind nichtumlaufende Verdichter bekannt, die durch Kraftgase betrieben
werden und bei denen der primäre Energieträger unmittelbar die Verdichtungsarbeit
-leistet, ohne daß seine Energie erst durch Zwischenumformung in die mechanische
Energie einer sich drehenden Welle umgesetzt würde. Zur Arbeitsübertragung dient
dabei ein schwingender Flüssigkeitskolben.
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Das Arbeitsprinzip !eines solchen Verdichters sei an Abb. i erläutert.
Das U-förmig gebogene Rohr hat bei a den Arbeitsraum für die Kraftgase, bei b denjenigen
für die zu verdichtenden Gase; A und E bedeuten Aus-und Einlaßventile.. Das
Rohr sei bis zur Höhe c c mit Flüssigkeit gefüllt. In a und
b
herrsche zu Beginn der Druck der Außenluft. Erhöht man den Druck in a, so
schiebt sich die Flüssigkeitssäule nach b hinein, und umgekehrt. Der Flüssigkeitsspiegel
wirkt in a wie der Kolben einer Wärmekraftmaschine, in b wie derjenige eines Kompressors.
Durch zweckmäßige Steuerung der Aus- und Einlaßorgane kann in a ein Kraftdiagramm,
in b
ein Verdichterdiagramm entwickelt werden. Einzige Verlustquelle ist die
Wandreibung des übertragenden Flüssigkeitskolbens.
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Eine solche Einrichtung hat den Nachteil, daß die erzielbare Leistung
im Verhältnis zur Maschinengröße sehr gering ist, weil die Beschleunigung des Flüssigkeitskolbens
nie die Erdbeschleunigung überschreiten darf, wenn das Zerreißen (des Flüssigkeitsspiegels
vermieden werden soll. Setzt man jedoch den Flüssigkeitskolben Schleuderbeschleunigungen
aus, indem man das ihn enthaltende Rohr etwa um eine Achse B-B in Drehung versetzt,
so bilden diese Schleuderbeschleunigungen die Grenze für die Kolbenbeschleunigung,
die somit beliebig Loch bis zur Festigkeitsgrenze getrieben werden kann. Ordnet
man mehrere solche U-förmig gebogene Röhren nach Abb. 2 an einer Welle in der Umfangsrichtung
hintereinander an, so entsteht ein Umlaufverdichter, der auf der einen Seite in
den Räumen a den Energieträger von einer im Raume stillstehenden Stelle des Umfangs
aufnimmt und nach Verbrauch ebenso wieder abgibt, auf der anderen Seite in den Räumen
b das zu verdichtende Gas gleichfalls an geeigneter, im Raume stillstehender Stelle
ansaugt und nach der Verdichtung wieder abliefert. Wenn die Gasarbeitsräume in Umfangsrichtung
sehr nahe beieinander 12egen, so folgen die Gasaufnahmen bzw. -abgaben so schnell
aufeinander, daß in den Zu- und Ableitungen ein stetiger gleichmäßiger Strom entsteht.
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In einem solchen Verdichter führen die Flüssigkeitskolben während
einer Umdrehung einen Doppelhub aus, so daß der Zustand in jedem U-Rohr an derselben
Stelle im Raum derselbe ist.
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Gegenüber bekannten Umlaufverdichtern
mit Hilfsflüssigkeit
für mechanischen Antrieb (durch Wärmekraftmaschinen, Elektromotoren usw.), bei denen
die benötigte Energie durch die. umlaufende Welle dem Verdichter zugeführt wird,
unterscheidet sich der neue Verdichter dadurch, daß bei ihm die Flüssigkeitskölben
nirgends in kraftübertragender Berührung mit dem feststehenden Teil der Maschine
sind,- während bei jenen zur Aufnahme des gegenwirkenden Drehmomentes die Berührung
der umlaufenden Flüssigkeit mit dem feststehenden Teil der Maschine in irgendeiner
Form notwendig ist, was stets Spalt- und Radreibungsverluste zur Folge hat. Außerdem
bringt in solchen Maschinen die Übertragung der Energie von der rotierenden Welle
an die Flüssigkeit durch Vermittlung des feststehenden Teiles Verluste (Stoß- und
Umlenkversuche) mit sich.
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Das Kennzeichen des Erfindungsgegenstandes besteht demgemäß darin,
daß die Flüssigkeitskolben in einem rotierenden Laufrad angeordnet sind, so daß
in den Flüssigkeitsspiegeln die infolge der Drehung des Laufrades auftretende Fliehkraftbeschleunigung
stets mindestens gleich der Kolbenbeschleunigung infolge seiner schwingenden Bewegung
ist, und daß sie die Arbeit unmittelbar ohne Benutzung einer mit dem feststehenden
Teil der Maschine verbundenen Leitvorrichtung übertragen.
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Als Kraftgase können gespannte Gase und Dämpfe aller Art oder durch
einen Verbrennungsprozeß erst innerhalb der Maschine erzeugte Druckgase u. dgl.
verwendet werden, wobei als Hilfsflüssigkeit eine solche zu wählen ist, die vom
Arbeitsgas nicht beeinflußt wird.
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Die Achse eines Flüssigkeitskolbens muß nicht notwendig in einer Meridianebene
liegen. Aus einer Winkelverschiebung zwischen Kraft- und Arbeitsseite können unter
gewissenVerhältnissenVorteile für die Steuerung und den Bau entstehen. Eine solche
Anordnung mit beispielsweise stehender Welle zeigt Abb.3 in Ansicht, Abb. q. in
Draufsicht. Wenn z. B. auf der oberen Stirnseite des Radkörpers die Kraftgasräume
a, auf der unteren die Arbeitsräume b angeordnet sind, so können die durch -denselben
Flüssigkeitskolben gekuppelten Räume unter einem beliebigen Winkel a gegeneinander
versetzt sein.
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Legt man die Hubmitten von Kraft- und Verdichterseite auf verschiedene
Durchmesser gemäß Abb.5, so können die mittleren Drücke um den durch den Unterschied
g der Halbmesser bedingtenFliehkraftdruck der Flüssigkeitskolben 'verschieden sein.
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Die Steuerventile gleicher Funktion, also z. B. die Einlaßventile
der Verdichterseite, können von einer und derselben stillstehenden. Nockenscheibe
aus gesteuert werden. Die Regelung kann in einfachster Weise, z. B. durch Änderung
der Exzentrizität oder Verdxehung dieser Nockenscheibe, erfolgen. Erweist es sich
als zweckmäßig, für verschiedene Gangarten den Nockenscheiben verschiedene Formen
zu geben, so können alle diese Formen in einem Steuerkörper nebeneinander.vereinigt
werden. Die Regelung erfolgt dann durch Verschieben dieses Steuerkörpers, derart,
daB jeweils die gewünschte Steuerkurve wirksam ist. Bei genügend dichtstehenden
Arbeitsräumen kann die Kokken- bzw. Ventilsteuerung durch eine ganz einfache Schlitzsteuerung
ersetzt werden. Die Steuerschlitze erstrecken sich nur teilweise über den Umfang,
die vorbeilaufenden Arbeitsräume steuern sich durch die Drehung selbst.
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Außerdem ermöglicht ein Verdichter nach vorliegender Erfindung eine
Regelung in einfachster Weise dadurch, daß ohne jede Veränderung an den Steuerorganen
(Steuerschlitzträger, Ventile u. dgl.) lediglich die Drehzahl verändert wird. Dabei
ändert sich Hubvolumet und Hubzahl, somit auch die Leistung: Die Gasdrücke können
dabei innerhalb, der durch die Spritzgefahr gezogenen Grenzen unbeeinflußt bleiben
oder im Bedarfsfalle automatisch durch ein Stehzeug in der Treibgasleitung verändert
werden.
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Zur Erzielung gleicher Länge aller Kolben kann der Innenraum d durch
einen geschlossenen Mantel nach außen abgeschlossen und dann im Innern ein über
den ganzen Umfang zusammenhängender Flüssigkeitsring angeordnet werden, der ,durch
Löcher h mit den Flüssigkeitskolben nahe der Kolbenmitte verbunden ist.
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Während eines Arbeitsspiels durchläuft der Druck im Flüssigkeitskolben
vor den Löchern h verschiedene Werte, die sich bei jedem Arbieitsspiel wiederholen.
Solange dieser Druck kleiner ist, als der durch den Flüssigkeitsring im Raum d an
den Löchern entstehende, strömt Flüssigkeit aus dem Raum d in -die Kolben ab, und
umgekehrt. Die während eines Arbeitsspiels ausgetauschten Flüssigkeitsmengen gleichen
sich aus, wenn der mittlere Kolbendruck .dem Ringdruck an den Löchern entspricht.
Ist dies nicht der Fall, so bewirkt die im einen oder - andern Raum zurückgebliebene
Flüssigkeit dort eine Druckerhöhung, die zum Gleichgewicht führt.
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In den Arbeitsräumen übt die Kolbenflüssigkeit eine Kühlwirkung aus.
Die erwärmte Flüssigkeit wird durch Schlitze .oder Ventile .am besten in den äußeren
Totlägen e und f abgezapft, zurückgekühlt und dem Flüssigkeitsring im Raum d etwa
durch eine Bohrang
in der Welle wieder zugeführt, von wo aus sie
sich selbsttätig auf die einzelnen Kolben so verteilt, daß diese stets unter sich
gleich lang sind.
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Die die Flüssigkeitskolben enthaltenden Kanäle können so dicht nebeneinander
liegen, daß die einzelnen Flüssigkeitskolben nur durch eine Wand voneinander getrennt
sind.
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Die Umlaufbewegung wird durch fremden Antrieb unterhalten. Zum Antrieb
können hierzu auch mit Hilfe einer geeigneten bekannten Einrichtung die Frisch-
oder Elbgase des primären Energieträgers oder die verdichteten Gase verwendet werden.
Die von der Umlaufbewegung verbrauchte Arbeit ist immer nur die Reibungsarbeit in
den Lagern und Steuerorganen.