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Brennkraftmaschine mit von derselben getriebenem, als Kolbenmaschine
ausgebildetem Treibgaserzeuger Der Gegenstand dieser Erfindung betrifft eine Brennkraftturbine
mit als Treibgaserzeuger aüsgebildeter, von der Turbine angetriebener Kolbenmaschine.
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Es sind schon Gasturbinen mit Kolbenmäschinen als Treibgaserzeuger
bekannt, bei welchen die Kolben durch Rollen mit und ohne Gegenrollen durch einen
Nockenring in der Weise bewegt werden sollen, daß bei jedem Umlauf der Welle ein
Ansauge- und ein Verdichtungshub erfolgt. Bekannt ist es auch, während der Verdichtung
und nach der Verbrennung den Kolben unbeweglich zu lassen sowie über einen vollen
Hub Gas anzusaugen, nur während eines Teiles des Rückhubes zu verdichten und den
Resthub zum Äusschieben der verbrannten Gase zu benutzen.
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Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß die Bewegung des Kolbens
durch einen zwischen zwei im Kolben festgelagerten Rollen gleitenden Nockenring
in der Weise erfolgt, daß der Kolben während einer Umdrehung des Nockenringes zunächst
über einen vollen Hub (etwa roo °) Gemisch ansaugt, sodann während eines Teiles
des Hubes (etwa 9o °) das Gemisch verdichtet, wobei der Kolben seine Geschwindigkeit
vermindert, worauf nach erfolgter Verbrennung des Gemisches der Kolben während der
weiteren Drehung des Nockenringe§ (etwa z7o °) entweder, nachdem er um einen Teil
seines Hubes unter Arbeitsleistung von den Verbrennungsgasen verschoben ist, oder
sofort die Verbrennungsgase zur Turbine hin mit zunehmender Geschwindigkeit bis
zum Hubende ausschiebt. Die Rollen am Kolben sind also festgelagert, so daß sie
immer im gleichen Abstand bleiben. Ein Festklemmen, Bremsen oder Schlagen der Rollen
an der Laufbahn kann daher nicht stattfinden. Die Bewegung der Kolben ist auf diese
Weise in schräger oder horizontaler Lage ebenso betriebssicher wie in senkrechter
Lage. Infolge des langen Ansaugehubes ist die Füllung der Zylinder eine sehr vollkommene.
Durch die vorerst rascher erfolgende und dann langsamer werdende Bewegung der Kolben
während der Verdichtung soll die Beanspruchung des Triebwerkes gleichmäßiger werden.
Auch kann die Verdichtungszeit verringert werden. Durch die vorgesehene teilweise
Verschiebung der Kolben von den Gasen nach der Verbrennung, und zwar unter Arbeitsleistung,
soll die Temperatur der Gase durch teilweise Entspannung, wenn nötig, verringert
werden.
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Im folgenden ist an Hand von -fünf Abbildungen ein Ausführungsbeispiel
der Brennkraftturbine nach .der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar in Abb.
z eine Brennkraftturbine mit feststehendem Nockenring und um dieselbe sich drehenden,
sternförmig angeordneten Zylindern, in Abb. a im Schnitt eine Brennkraftturbine,
besonders für stationäre Anlagen, wobei die Welle mit daran befestigtem Nockenring
und
ebenfalls daran befestigtem Turbinenlaufkranz umlaufend ist,.
während die um den Nockenring angeordneten Zylinder feststehen.
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Abb.3 zeigt im Schnitt eine Brennkraftturbine, besonders für Luftschiffe
und Flugzeuge, mit zwei hintereinander auf einer durchgehenden, sich drehenden Hauptwelle
angeordneten Laufradsätzen.
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In der Abb. ¢ sind mehrere vom Gaserzeugungszylinder zur Turbine führende
Düsen verschiedenen Querschnittes gezeigt, und aus Abb.5 ist ein Nockenring für
den Antrieb der Kolben in größerem Maßstab zu ersehen. In Abb. i ist 59 der
Nockenring, der die in den sternförmig angeordneten Zylindern gleitenden Kolben
antreibt. Die besondere Form des Nockenringes ist auch aus Abb. 5 zu erkennen. Auf
dem Kreise f bewegt sich die Erhebung l des Nockenringes, während die der Erhebung
l gegenüberliegende Erhebungnt noch über den Kreis f hinausragt. Der Grundkreis
des Nockens ist e.
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Drehen sich nun die Zylinder mit ihren Kolben in Pfeilrichtung um
den Nockenring und steht z. B. ein Kolben im inneren Totpunkt (Punkt m des Nockenringes),
so erfolgt zunächst das Ansaugen (Teil it der Nockenbahn), sodann die Verdichtung
(Teil o der Nockenbahn). Im Punkt L erfolgt die Zündung. Sodann leisten die Verbrennungsgase
Arbeit (Teile p und q), und zwar wird entweder während der Strecke P Arbeit auf
den sich nach außen bewegenden Kolben abgegeben, und während der Strecke q werden
die Gase von dem sich langsam bis zum Punkt na einwärts bewegenden Kolben
zum Turbinenlaufrad ausgeschoben, oder der Kolben bewegt sich vom Punkt l stetig
bis zum Punkt m, so daß die Gase ihre Energie nur an das Laufrad abgeben. Die äußere
Nockenbahn verläuft in diesem Fall zwischen l und m nach Kurve r (Abb. 5) ; die
Nockenbahn kann auch von l ab nach der Kreislinie f geformt sein und erst kurz vor
m allmählich zum höchsten Punkt m ansteigen, so daß die gespannten Gase zunächst
auspuffen und der dann noch im Zylinder verbleibende Rest vom Kolben ausgeschoben
wird. Die den Nockenring einfassenden Abwälzrollen io und 13 sind im Kolben 6o als
Haupt- und Gegenrolle gelagert.
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Abb. 2 zeigt in einem Gehäuse 62 mit den fest eingebauten Zylindern
63 eine umlaufende Welle 64 in 65 und 66 gelagert, an welcher der Nockenring 67
und das Turbinenrad 68 befestigt ist. In den Zylindern 63 bewegen sich die Kolben
69, in welchen die Rollen io' und 13' gelagert sind, die sich an dem Nockenring
67, der in seiner Form ähnlich dem Nockenring 59
nach Abb. i und 5 ist, abwälzen.
Bei 7o ist das Einsaugeventil gezeichnet, das durch den Nocken und die Nockenrollen
71 gesteuert wird. 72 ist das Überströmventil, das durch Nocken 74 und Nockenrolle
75 gesteuert wird. Durch die Düse 22' treten die expandierenden Gase in das Turbinenrad
68. 84 ist die Auspuffleitung.
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In Abb. 3 sind zwei hintereinander auf einer gemeinsamen Welle sitzende
Laufräder dargestellt. Auf einer umlaufenden Welle 85 sitzen die Taumelscheibe 86,
die die Kolben in derselben Weise bewegt wie der Nockenring nach Abb. 5, sowie die
glockenförmigen, mehrstufigen Turbinenräder 87 und 88, die die Zylinder
89
und go einhüllen. Die Zylinder 89 und go mit den Kolben gi und g2
sind fest um die Welle angeordnet. Je zwei auf eine Achse hintereinanderliegende
Kolben sind durch die Kolbenstangen 93 und g¢ mit den Abwälzrollengleitbacken
95 miteinander verbunden. Die Gleitbacken g5, in denen die Abwälzrollen io"
gelagert sind, werden z. B. durch geradlinige Schienen geführt und von der Taumelscheibe
86 hin und her bewegt. An dem Turbinenlaufrad 87 sind bei x23 Lufteinsaugelöcher
zur Kühlung der Zylinder und Getriebeteile angebracht. z2" sind die Turbinendüsen,
io8 und io8' die Düsenventile. Mit ii-, und 1i3 sind die Auspuffleitungen bezeichnet.
Die Turbinenräder können auch durch Getriebeverbindung mit der Abwälzwelle angeordnet
sein.
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Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende: Angenommen, es ist z.
B. ein Kolben 6o in einem Zylinder in der dem Punkt in des Nockenringes entsprechenden
Stellung (Abb. i oder 5). Die Brennkraftturbine wird, wie üblich, angedreht. Dadurch
wird Kolben 6o 'von der Strecke 7a des Nockens 59 durch die Rollen io und
13 bei geöffnetem Ansaugev entil 5 einwärts gezogen. Dieses ist der Ansaugehub.
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Beim Weiterdrehen wird der Kolben von der Strecke o wieder nach außen
bewegt, während alle Ventile geschlossen sind. Dabei erfolgt die Verdichtung. Im
Punkt L erfolgt die Zündung im Zylinderraum g. Durch die hochgespannten Gase wird
der Kolben, da die Nockenbahn auf der Strecke P einwärts geneigt ist, bis zu einer
gewissen Hubhöhe nach innen gedrückt; der Kolben gibt also Arbeit an die Welle ab.
Durch diese teilweise Entspannung der hocherhitzten Gase tritt eine entsprechende
Verminderung der Temperatur derselben ein, so daß sie nun in der Turbine, ohne daß
Störungen zu befürchten sind, Arbeit leisten können.
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Zu diesem Zwecke geht der Kolben nun infolge der langen, sanft ansteigenden
Strecke q wieder nach außen, bis wieder zum Punkt in. Schon am Ende des Krafthubes
(Strecke öffnet sich das kleine LTberströmventil 61, das dann die expandierenden
Gase@durch die Düsen 22 (s. 'auch Abb. q.) in die Turbine strömen läßt. Auf der
Strecke q schiebt der langsam sich einwärts bewegende Kolben die Gase aus dem Zylinder
heraus. Am Ende der Strecke q,
z. B. nach zwei Drittel Weglänge,
öffnet sich ein größeres Überströmventi129; das eigentliche Auspuffventil, welches
die vom Kolben ausgeschobenen Restgase durch die Düse 30 in die Turbinenschaufeln
25 ausströmen läßt.
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Ist der Kolben in seinem innersten Totpunkt m, der, wie schon bemerkt,
noch weiter einwärts liegt als der Punkt der höchsten Verdichtung 1, schließen sich
die Überströmventile, das Ansaugeventil öffnet sich wieder, und das Arbeitsspiel
beginnt von neuem.
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Bei kleineren Zylindern kann die Strecke ganz in Wegfall kommen, so
daß die Kolben keinerlei Arbeit leisten. Dafür ist dann die Strecke y _ des Nockenringes
vorgesehen, die von l bis m gleichmäßig ansteigt. Das Überströmventil
öffnet sich in diesem Falle während oder sofort nach der Explosion, und es leistet
nur das Turbinenlaufrad Arbeit.