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Brennkraftturbine mit unmittelbarer Druckwirkung des Treibmittels
auf eine Hilfsflüssigkeit Den Gegenstand der Erfindung bildet der weitere Ausbau
und die Verbesserung der durch das Hauptpatent 459239 geschützten Brennkraftturbine
mit Hilfsflüssigkeit und mit periodisch veränderlichem Verbrennungsraum, in welchem
das Treibmittel unmittelbar auf einen im stillstehenden Arbeitsraum umlaufenden
Hilfsflüssigkeitsring wirkt. Die Erfindung zielt darauf ab, bei dieser Maschine
solche Verbesserungen anzubringen, daß sie die Ausführung anderer Arbeitsverfahren
und einen gleichmäßigen Betrieb ermöglicht.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Hilfsflüssigkeit beim Eintritt
in den Arbeitszylinder durch ein Kreiselpumpenrad mit stark fallender Q-H-Charakteristik
geführt w=ird, welches während der höchsten Arbeitsdrücke als schlagfreies Rückschlagsicherheitsorgan
dient.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Anwendung der
Erfindung dargestellt. Abb. i und 2 zeigen im Querschnitt und im Längsschnitt einen
Arbeitszylinder und eine Steuerungseinrichtung. Abb. 3 stellt ein Kurvenschaubild
dar. Abb.4 zeigt die obere Hälfte eines Ausführungsbeispiels der Maschine im Längsschnitt
und Abb. 5 den Grundriß einer weiteren Ausführungsform.
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Die den Hilfsflüssigkeitsstrom erzeugende Maschine wird vorzugsweise
nach folgendem Verfahren betrieben. Die hauptsächlichsten Kennzeichen des Verfahrens
bestehen darin, daß die Hauptströmung der Flüssigkeit durch tangential in einer
mittleren Richtung i, 3,-4- auslaufende Kanäle (Abb. z und 2) dem Arbeitszylinder
io derart zugeführt wird, daß sie eine beträchtliche Umlaufgeschwindigkeit erhält
und so starke Fliehkraftwirkungen erzeugt, daß einerseits die Pressung der Flüssigkeit
von der Mitte oder von der Eintrittsstelle 17 bis zum Außenmantel io in bedeutendem
Maße zunimmt, andererseits ein zylinderähnlicher Flüssigkeitsspiegel von veränderlichem
Durchmesser ii bis 12 im Stillstehenden Gefäß erzeugt wird, welcher zusammen mit
den festen Seitenbegrenzungen 13 und 14 den Verbrennungshohlraum bildet. In diesen
tritt die Flüssigkeit z. B. aus dem Zuflußrohr durch bekannte Rückschlageinrichtungen,
z. B. Ventile 16 und die Leitvorrichtungen 17.
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Im einzelnen spielt sich das Arbeitsverfahren folgendermaßen ab, wobei
ein fester Arbeitszylinder io und eine gewöhnliche Verpuffung vorausgesetzt ist.
Aus der Zuführung 15 oder deren eben genannten Hilfseinrichtungen strömt die Flüssigkeit
absatzweise in den mit Gasgemisch gefüllten Zylinder io, erzeugt dort vermöge ihrer
Umfangsgeschwindigkeit den sich schnell verengenden Flüssigkeitsring ii oder 12,
welcher das eingeschlossene Gemisch dabei verdichtet.
Nach der Zündung
und Explosion erweitert sich der Flüssigkeitsmantel und treibt unter starker Druckerhöhung
einen Teil des Schwungringes 2o durch den unter Umständen mit Führungsschaufeln
versehenen Austrittsquerschnitt F2 in das genügend" lange Ausgußrohr 21, 22 oder
z. B. Windkessel, Speicher oder Turbinenrad. In bekannter Weise schießt dann die
Flüssigkeit im Ausgußrohr infolge ihrer lebendigen Kraft noch eine Zeitlang nach
dem Aufhören des Explosionsdruckes weiter. Hierzu gesellt sich aber bei vorliegender
Erfindung noch die Wirkung des umlaufenden Schwungringes, welche die Wirkung der
Säule wesentlich unterstützt, steigert und verlängert, indem ein Teil der im Arbeitszylinder
selbst gespeicherten Schwungringmasse seine kinetische Energie abgibt.
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Die Brenngase werden dabei besonders stärk entspannt, gegebenenfalls
bis ins Vakuum, worauf Auspuff, Spülung und Ladung sowie Eintritt von Hilfsflüssigkeit
erfolgen und das Spiel sich wiederholt.
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Vorteilhaft wird dabei der obenerwähnte Unterschied der Umfangsgeschwindigkeiten
auch in dem Sinne verwendet, daß der Durchmesser der Eintrittsfläche F1 (bei 17)
wesentlich kleiner als der Zylinderdurchmesser so und der Austrittsquerschnitt F2
gewählt wird. Hierdurch wird es möglich, daß die Flüssigkeit aus dem Bereich kleinerer
Drücke 15 oder 17 in den Bereich höherer Drücke bei zo und F2 gelangen kann.
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Das Verfahren läßt sich sinngemäß jeder Art von Verbrennungsmaschinenprozeß,
z. B. Zweitakt, Viertakt, Gleichdruck, Verpuffung oder Dieselverfahren, anpassen.
Der zylindrische oder parabolische Hilfsflüssigkeitsspiegel kann auch durch Umlauf
eines ungefähr bis zum Zylindermantel reichenden Kreiselpumpenrades mit radialen
Schaufeln erzeugt werden.
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Eine besonders eigenartige Wirkung und Vereinfachung oder Erweiterung
des Verfahrens ergibt sich, wenn die Zuströmung statt durch eine bekannte stillstehende
Rückschlagvorrichtung durch ein Kreiselpumpenrad erfolgt, dessen Q-H-Charakteristik
(Kurve des Zusammenhanges zwischen der jeweiligen Fördermenge Q pro Sekunde und
dem zugehörigen, von der Pumpe erzeugten Gesamtdruck oder Gesamtförderhöhe) bei
abnehmender Fördermenge Q stark ansteigt (Abb.3 ausgezogene Linie). Bei Rädern mit
radialen Schaufeln trifft allerdings das Gegenteil zu; bei ihnen fällt in diesem
Fall der erzeugte Gegendruck (punktierte Linie) ; sie sind daher für diesen Zweck
ungeeignet. Wohl aber eignen sich z. B. Räder mit starker Rückwärtskrümmung der
Schaufeln.
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Man kann dann die Verhältnisse so wählen, daß derFörderdruckbeisinkenderFördermengeQ
in der Nähe der Nullförderung so stark ansteigt, daß er dem bei der Explosion erzeugten
Druck mit Berücksichtigung der durch die Radienunterschiede von Kreiselpumpenrad
und Hilfsflüssigkeitsspiegel bedingten Fliehkräfte der Zylinderflüssigkeit das Gleichgewicht
hält und eine Rückströmung verhindert. Infolgedessen wirkt eine solche Pumpe ähnlich
wie eine Rückschlagvorrichtung, die im vorliegenden Fall den Rückfluß zwar nicht
durch feste Rückschlagorgane, aber doch durch schnellen, selbsttätigen Anstieg des
Gegendruckes verhindert. Ja, es können die Verhältnisse der Drücke, Geschwindigkeiten,
Querschnitte, Winkel und Zeiten so gewählt werden, daß sogar während der höchsten
Explosionsdrücke eine begrenzte Flüssigkeitsmenge aus dem Arbeitsraum in das eben
genannte Kreiselpumpenrad zurücktritt (Abb. 3). Die auftretenden Stoßverluste können
durch Wahl der Verhältnisse in mäßigen Grenzen gehalten werden; außerdem werden
sie zum Teil durch die dann eintretende Arbeitsübertragung auf das Pumpenrad ausgeglichen.
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Jedenfalls kann hierdurch die Förderung im Zuflußrohr wesentlich gleichmäßiger
und ruhiger als bei festen, aufeinanderschlagenden Rückschlagorganen gestaltet und
unter Umständen in eine dauernd pulsierende verwandelt werden, ähnlich der des Druckrohres.
Dieser Vorteil tritt besonders hervor, wenn die Maschine als Pumpe zum Antrieb einer
Gas- oder Ölturbine mit Hilfsflüssigkeit dient (Abb. q.), wobei letztere in bekannter
Weise aus dem Förderrohr 25 durch eine Leitvorrichtung 26 in ein Turbinenrad 27
zu dessen Antrieb geleitet wird. Da in diesem Fall eine umlaufende Welle 28 an sich
vorhanden ist, so kann der Zufluß zum Arbeitszylinder alsdann besonders zweckmäßig
durch das genannte Kreiselpumpenrad 30 statt durch eine gewöhnliche Rückschlagvorrichtung
geregelt werden. Dieses kann dann auch gegebenenfalls die Erzeugung der nötigen
Umlaufgeschwindigkeit im feststehenden Arbeitszylinder übernehmen, entweder allein
oder zusammen mit einer Leitvorrichtung, ähnlich 17 (Abb.2). Unter Umständen kann
diese Leitvorrichtung 31 (Abb. q.) auch mit drehbaren Leitschaufeln ausgerüstet
sein, um die Einströmung in den Arbeitszylinder 32 bei verschiedener Belastung zu
regeln. Die Abbildung deutet an, daß die Bewegung dieser Regelung durch im Eintrittswindkessel
33 liegende Hebel, ähnlich der Finkschen Regelung von Francisturbinen, erfolgen
kann.
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Die Flüssigkeit führt hierbei einen enggeschlossenen Kreislauf vom
Arbeitszylinder 32 durch das schraubenförmige Druckrohr 25 in einen Druckwindkessel
34 und darauf durch die Turbirienleitvorrichtung 26 oder 26a, welche gleichfalls
mit Drehschaufeln geregelt werden können, durch das Turbinenrad 27, das Kreiselpumpenrad
3o und gegebenenfalls die Leitvoxrichteng
31 zurück zum Arbeitszylinder
aus. Der jeweils überschüssige Anteil des der Kreiselpumpe 3o ungefähr gleichförmig
zuströmenden Turbinenwassers wird bei 45 vorübergehend nach dem Eintrittswindkessel33
geleitet, in welchem ein genügend hoher Druck herrschen müß, um der Flüssigkeit
nachher die Arbeit zur Verdichtung des Gemisches zu übertragen. Der Druckwindkessel
34 dient zur weiteren Verbesserung der an sich schon vergleichmäßigten Förderströmung.
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Abb. 5 zeigt eine einfache Ausführungsform mit denselben Einzelbestandteilen,
nämlich Arbeitszylinder 32, Druckwindkessel 3q., Turbine 27, Eintrittswindkessel
33 mit Rückführung zum Arbeitszylinder 32 durch irgendein Rückschlagorgan, sei es
gewöhnlicher Art, sei es das beschriebene Kreiselpumpenrad, welches in diesem Fall
auf einer besonderen Welle mit gesondertem Antrieb und gegebenenfalls mit einem
Schwungrad angeordnet sein könnte. 37 bedeutet die von der Turbinenwelle 28 getriebene
Arbeitsmaschine, z.- B. Dynamo.
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In Abb. q. und 5 ist dabei angenommen, daß die zur Verbesserung des
Ein- und Austritts der Hilfsflüssigkeit dienenden stillstehenden Windkessel 33 und
34 nach einem ähnlichen physikalischen Grundsatz betrieben werden wie der Arbeitszylinder
selbst, nämlich nach der Regel der Umlaufgeschwindigkeit in einem festen Hohlraum
und unmittelbarem turbinenartigen Ein- und Austritt der Hilfsflüssigkeit in eine
Vorrichteng mit gleichartigem Hilfsflüssigkeitsumlauf. Durch den enggeschlossenen
Kreislauf wird die Durchführung dieser Regel hier wesentlich erleichtert und durch
seine systematische Anwendung eine wesentliche Ersparnis an Kraft und Baustoff erreicht.