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Drehkolbenbrennkraftmaschine mit Hilfsflüssigkeit Die Erfindung betrifft
eine Drehkolbenbrennkraftmaschine mit Hilfsflüssigkeit und besteht darin; daß die
einzelnen Arbeitskammern gegeneinander, und. gegenüber dem Gehäuse mit besonderen
Mitteln abgedichtet und teilweise mit der Hilfsflüssigkeit gefüllt sind.
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Die Energieabgabe bei Brennkraftmaschinen mit einer Hilfsflüssigkeit
geschieht bisher in der -Weise, daß die Energie über die von den gespannten Gasen
in Bewegung gesetzte Hilfsflüssigkeit auf die Flügel des Läufers übertragen wird.
Es handelt sich somit um turbinenartig, arbeitende Maschinen. Im Bereich der Gase
sind bei solchen Maschinen die Arbeitskammern durch die Hilfsflüssigkeit vorzüglich
gegeneinander abgedichtet, dagegen ist bei den bisher bekanntgewordenen Bauarten
im Bereich der Hilfsflüssigkeit weder eine besondere Abdichtung der Zellen untereinander
noch gegen das Gehäuse vorgesehen: Man hat bisher also versucht, die von den Gasen
an die Hilfsflüssigkeit übertragene Energie aus dieser durch reine Strömungswirkung
wieder herauszuholen und an die Maschinenwelle zu übertragen. ' Wie Versuche gezeigt
haben, ist es bei derartigen ' Maschinen schwierig, einen guten Wirkungsgrad zu
erzielen, wie weiter unten noch erläutert wird.
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Andererseits sind Maschinen bekanntgeworden, bei denen Zellen untereinander
ttnd gegen das Gehäuse mit geeigneten Mitteln mechanisch abgedichtet sind, aber
ohne Verwendung einer Hilfsflüssigkeit. Unüberwindliche Betriebsschwierigkeiten
haben sich bei derartigen "Maschinen dadurch ergeben, daß die mit verhältnismäßig
hoher Gleitgeschwindigkeit laufenden Abdichtungen unter dem unmittelbaren Einfluß
der heißen Verbrennungsgase stehen müssen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sollen die beiden Systemen anhaftenden
Mängel dadurch vermieden werden, daß gleichzeitig Hilfsflüssigkeit verwendet wird
und die Arbeitskammern gegeneinander und gegen das Gehäuse mechanisch abgedichtet
werden.
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Eine bekannte Brennkraftmaschine mit dynamischer Energieumsetzung
zwischen Hilfsflüssigkeit und Welle zeigt die Abb: z. Die umlaufenden Hubzellen
oder Brennkammern sind gleichmäßig am Umfang eines Laufrades verteilt. Die Hilfsflüssigkeit
bildet in den Zellen einzelne Kolben, -welche bei der Drehung durch die Fliehkraft
nach außen gedrückt werden und relativ zum Laufrad vorwiegend radial aus und ein
schwingen. Im Zweitaktbetrieb wird während des Einwärtsschwingens ein in der äußeren
Totlage Ta der Flüssigkeitskolben eingebrachtes Gemisch verdichtet und in der inneren
Totlage Ti gezündet; während des Auswärtsschwingens expandiert das gezündete Gemisch
und drückt dabei die Wasserkolben nach außen. In der äußeren Totlage wird gespült
und frisch geladen. Die Hubbewegung der Wasserkolben wird durch einen Kanal a im
stillstehenden Gehäuse b ermöglicht. Dieser Kanal läßt in der Expansionszone
c
aus den Zellen d des Laufrades e die Flüssigkeit unter hohem Druck austreten und
führt sie in der Verdichtungszone f den Zellen g unter niedrigerem Druck, aber mit
höherer Geschwindigkeit wieder zu. Durch die Rückwärtskrümmung der äußeren Schaufelwände
la erzielt man eine dynamische Umsetzung der von der Hilfsflüssigkeit in Form von
potentieller Energie aufgenommenen Gasarbeit in die mechanische Energie der umlaufenden
Welle.
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Der hydraulische Prozeß ist bei diesen Maschinen deshalb nicht besonders
wirtschaftlich, weil der Umführungskanal a und die Neigung der äußeren Zellenwände
lt nur nach der mittleren Strömungsgeschwindigkeit, nicht jedoch nach der jeweils
herrschenden gestaltet werden kann. Bei Teillast tritt eine schlechtere Verdichtung
ein, wodurch der Verbrennungsprozeß unwirtschaftlich wird. Da die Kolben frei beweglich
sind, ist die Verdichtung hier abhängig von der Ausdehnung auf der anderen Seite
und somit von der Güte der Verbrennung. Es stehen also die statische Energieabgabe
vom Gas an die Flüssigkeit und die dynamische von der Flüssigkeit an die Welle nicht
miteinander in Einklang.
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Es sind auch bereits Maschinen ohne den in Abb. i dargestellten besonderen
Kanal a bekannt. Es findet aber auch hier ein Strömen der Flüssigkeit zwischen den
Arbeitskammern statt, da die Hilfsflüssigkeit ebenfalls nicht unterteilt ist.
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Zum Zweck der Sicherung der Betriebsbedingungen für den Verbrennungsprozeß
erhält nach vorliegender Erfindung jede Arbeitskammer eine eigene, gegen die Nachbarzellen
dicht abgegrenzte Flüssigkeitsfüllung, welche bei der Umdrehung der Drehtrdmmel
zwangsläufig, in der Hauptsache in radialer Richtung, hin und her geschoben wird.
Der Hub und damit der Verdichtungsgrad sind bei Teillast gleich wie bei Vollast,
wodurch sich immer ein günstiger Verbrennungsprozeß ergibt. Jede Zelle ist selbständig;
etwaige Störungen in der Verbrennung bleiben also auf die betreffende Zelle, in
der sie entstanden sind, beschränkt.
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Die Flüssigkeit legt sich bei der Drehung der Drehtrommel gegen die
äußere Führungsbahn, die im allgemeinen als Kreiszylinder ausgebildet ist. Die Achse
dieses Zylinders liegt exenzentrisch zur Drehtrommelachse, so daß sich die Flüssigkeit
in den Zellen radial ein- und auswärts bewegt, und zwar bei jeder Umdrehung einmal.
Will man zwei Doppelhübe je Umdrehung, so wird die Führungsbahn elipsenartig ausgebildet
usw. .Den Übertritt der Flüssigkeit von einer Zelle zur anderen bei den zwischen
zwei benachbarten Zellen auftretenden Druckunterschieden verhindern bewegliche Organe,
die in geeigneter Weise zwischen den Zellenwänden des Laufrades und der exzentrisch
liegenden Führungsbahn angeordnet sind. Solche Organe, die zum Teil bei Drehkolbenbrennkraftmaschinen
ohne Hilfsflüssigkeit bereits bekannt sind, im vorliegenden Fall jedoch besonders
geeignet erscheinen, sind. beispielsweise Schieber, die in Schlitzen der Zellenwände
geführt, oder solche, die U-förmig über die Zellenwände gestülpt sind, oder Drehflügel,
die an der Drehtrommel oder an einem mitlaufenden Ring befestigt sind, oder Zahnräder
u. dgl., wie weiter unten beschrieben.
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Abb. i zeigt, wie bereits erwähnt, die bekannte Anordnung mit dem
im stillstehenden Gehäuse angeordneten Leitkanal, Abb.2 die erfindungsgemäße Anordnung
mit Schiebern, die sich radial hin und her bewegen und sich durch die Fliehkraft
gegen die Führungsbahn legen, Abb.3 die Anordnung mit gelenkig befestigten oder
biegsamen Drehflügeln, die an der Drehtrommel befestigt sind, Abb. q. die Anordnung
mit gelenkig befestigten oder biegsamen Drehflügeln, die an einem mitlaufenden Ring
befestigt sind, Abb. 5 die Anordnung mit Verzahnungen; Abb.6 zeigt einen senkrechten
Schnitt durch eine derartige Maschine; die Abb. 7 bis i i zeigen besondere Ausbildungen
von Schiebern, Drehschiebern und Gleitbahnen.
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In Abb.2 werden die Hubzellen oder Arbeitskammern i des Laufrades
z gegen ihre Nachbarzellen durch Schieber 3 abgegrenzt, die sich in Schlitzen q.
der Zellenwände 5 radial hin und her bewegen und sich durch ihre Fliehkraft gegen
die Führungsbahn 6 des stillstehenden Gehäuses 7 legen. In Abb. 7 ist ein solcher
Schieber 3, der in Schlitzen ¢ der Zellenwände 5 geführt ist, in vergrößertem Maßstab
dargestellt. An Stelle der in Schlitzen geführten Schieber können auch, wie Abb.8
zeigt, U-förmige, über die unverletzten Zellenwände 5 gestülpte Abdichtungsschieber
8 treten. Eine weitere Ausführung der Abdichtung wird erreicht durch die in Abb.9
dargestellte Anordnung von U-förmigen, über die Zellenwände 5 gestülpten Schiebern
9 mit Gelenkschuhen io. Die Gleitverhältnisse lassen sich durch einen mitlaufenden
Gleitring i i verbessern, wie dies in Abb. io dargestellt ist.
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In den Abb.3 und 4 werden die Hubzellen i gegen ihre Nachbarzellen
durch Drehflügel12 bzw. 13 abgegrenzt, die entweder nach Abb. 3 an der Drehtrommel
2 oder nach Abb. 4 an einem mitlaufenden Ring 1¢ befestigt
sind.
In der Abb. 3 sind unten gelenkig an der Drehtrommel 2 befestigte Drehflügel 1.2
dargestellt, die sich durch die Fliehkraft gegen die feste Führungsbahn 6 oder entsprechend
Abb. io gegen einen Laufring i i legen, während oben fest an der Drehtrommel 2 befestigte
Drehflügel 13 dargestellt sind, die ganz oder teilweise aus einem biegsamen Material
hergestellt sind und sich entweder gegen die feste Führungsbahn 6 oderentsprechend
Abb. io gegen einen Laufring ii legen. In der Abb. 4 sind oben gelenkig an dem mitlaufenden
Ring 14 befestigte Drehflügel 12 dargestellt, die mit dem freien Ende auf den radialen
Zellenwänden 5 gleiten, während unten fest am mitlaufenden Ring 14 befestigte Drehflügel
13 dargestellt sind, die ganz oder teilweise aus einem biegsamen Material hergestellt
sind und auf den radialen Zellenwänden 5 gleiten. Die Drehflügel halsen gegenüber
den Schiebern den Vorteil geringerer Reibungsverluste, geben jedoch keine so gute
Abdichtung von Zelle zu Zelle und damit keinen so geschlossenen Hubraum wie die
Schieber. Diese Nachteile vermeidet die Ausführungsform der Drehflügel 23 nach Abb.
ii, welche nicht diejenige Zellenwand abdichten, an der sie befestigt sind, sondern
die benachbarte. Mit dieser Anordnung wird erreicht, daß die Resultierende der auf
die Drehflügel wirkenden Flüssigkeitsdrücke möglichst durch die Gelenkachse geht,
so dai3 die Flüssigkeitsdrücke kein Drehmoment auf die Flügel ausüben, wie dies
bei den beschriebenen, gelenkartig angeordneten Flügeln sonst der Fall ist.
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In Abb. 5 ist eine beispielsweise Ausführungsform dargestellt, bei
welcher die erfindungsgemäße Betriebsweise mit Hilfe von Verzahnungen herbeigeführt
wird. Die Drehtrommel 15 greift mit den dazu besonders ausgebildeten Rippenenden
16 in das geeignet verzahnte Rad 17, welches exzentrisch zur Drehtrommelwelle im
Gehäuse i 8 drehbar gelagert ist. Die Zähnezahlen von Drehtrommel und Zahnrad unterscheiden
sich dabei um eins. Man erkennt aus der Abbildung deutlich, wie die zwischen Drehtrommel
und Zahnrad eingeschlossenen Räume bei der Drehung größer oder kleiner werden.
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In Abb. 6 ist ein senkrechter Schnitt durch eine solche Brennkraftmaschine
dargestellt. Auf der Welle i9 sitzt das Laufrad 2, dessen Zellendichtungselemente
2o sich gegen die Führungsbahn 6 legen, mit welcher die Zylinderdeckel 2i und 22
fest verbunden sind, in denen die Ein- und Auslaßöffnungen sitzen.