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Explosionsturbine mit Treibgasverdichtung in Kolbenmaschinen Die Erfindung
betrifft eine Explosionsturbine mit Verdichterkolben und ohne Kurbel und Ventile,
bei welcher Ansaugung mit Verdichtung nebst Explosion einen geschlossenen Arbeitsgang
darstellen.
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Bekannte Explosionsturbinen sind meist verwickelte Maschinen mit Ventilen,
Schiebern, Steuerorganen und sonstigen Hilfsvorrichtungen; auch lassen sie sich
ohne weitere Hilfsorgane schlecht von verbrannten Gasen reinigen.
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Die vorliegende Erfindung sucht diese Mängel zu beseitigen. Sie benutzt
bekannte Verdichterkolben, die durch einen an sich bekannten Schneckengang auf der
Motorwelle angetrieben werden, und besteht darin, daß in einer auf der Welle befestigten,
an den Zylinderköpfen der Kolbenmaschinen unmittelbar vorbeilaufenden Scheibe eine
Ansaughöhlung für die Aufladung der Zylinder beim Saughub und eine Kammer für die
Aufnahme der in den Zylindern verdichteten Gase vorgesehen sind, die als Explosionskammer
dient und die Explosion in Kanäle einer feststehenden Scheibe zur Beaufschlagung
umlaufender Turbinenräder leitet. Für die Turbinenräder ist kein in Schaufeln aufgeteiltes
Rad notwendig, sondern nur eine Kammer je Explosion oder ein Kanal, dessen Flächen
den Lauf des Treibgases lenkt. Diese Kammer muß in dem Augenblick in der wirksamsten
Stellung sein, in welchem die Explosion ihre größte Stoßkraft erreicht hat. Mehrere
Kammern unmittelbar hintereinander angeordnet würden als Zwischenwand eben diese
bei Dampfturbinen mit stetiger Kraft verwendeten Schaufeln ergeben. Solche Zwischenwände
würden den Stoß spalten und ihm einen Wiederstand entgegensetzen, der nicht ein
Sinne der Maschine Verwendung_findet; sie würden weiter das Lenken des Stoßes in
die Kammer einer folgenden Scheibe ungünstig beeinflussen.
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Besonders angeordnete Hohlräume in den Turbinenrädern sorgen für Reinigung,
Kühlung und Frischluftzufuhr sowie richtige Verteilung der Explosionskraft. Dazu
kommen noch die schon bekannten Verdichterkolben, die mit der Explosion nicht in
Berührung kommen, also von fast unbeschränkter Haltbarkeit sein können.
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Die Zeichnungen mit fünf Abbildungen zeigen ein Beispiel der Erfindung:
Auf einer Welle d ist mittels Keil eine zweckmäßig hohle Trommel b befestigt, an
deren äußerem Mantel sich eine Schnecke c befindet. Zwei Zylinder, die sich genau
gegenüberliegen, haben als Mittel den Mitteldurchmesser z. In den Zylindern laufen
je ein Kolben d und dl mit angegossener starrer Pleuelstange; diese Kolben sind
mit dieser Pleuelstange bei e (Abb. i) noch einmal gelagert. Jede Pleuelstange hat
auf der Seite der Welle zu zwei Rollen f, die so angeordnet sind, daß
zwischen
sie das Schneckenband c kommt. Außerdem sind auf der Welle a die Scheiben g, h,
i, j mittels Keil befestigt. Zwischen diesen Scheiben g, h, i, j sind
feststehende' Leitscheiben k, in, n am Gehäuse o befestigt:; Die Scheiben
g, lt-, i, j, die eine Steuersch@ä4@ und Laufräder darstellen, und
die Scheiben va, aa haben Kammern, Höhlungen und Kanäle, die alle an dem Mitteldurchmesser
z liegen. Abb.3 zeigt eine Abwicklung des Mitteldurchmessers z mit den Kammern,
Höhlungen und Kanälen. Der Pfeil deutet die Drehrichtung der Maschine an.
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Man denke sich in der Kammer q der umlaufenden Scheibe g eine auf
6 Atmosphären verdichtete Gasmischung. Die Stellung der Maschine in Abb. 3 zeigt
den Augenblick der Explosion, die durch die Zündkerzen r und r1 erfolgt. Die Anlaßkraft
treibt die Maschine in Pfeilrichtung an. Nach einer kurzen Strecke s, die der Entfiammungszeit
des Gemisches entspricht, öffnet sich an der Scheibe k die Höhlung ß und zu gleicher
Zeit, da alle umlaufenden Räder die gleiche Geschwindigkeit haben, öffnet sich an
dein Rad h die Kammer t zur Höhlung ß. Das explodierte Gasgemisch trifft
auf die gewölbte Fläche der Kammer t und gibt der Maschine den ersten Kraftstoß.
Es öffnet sich dann der Kanal 2a der Scheibe in zur Kammer t
auf der einen
Seite und zur Kammer v- des Rades i auf der andern Seite, und wieder wird ein Kraftstoß
auf die gewölbte Fläche der Kammer v die Maschine weitertreiben. Weiter öffnet sich
der Kanal w der Scheibe za auf der einen Seite zur Kammer v und auf der andern Seite
zur Kammer _i- des Rades j. Dies ist der dritte Kraftstoß der Maschine. Die restlichen
Gase entweichen in den Auspuff y. Dieses Öffnen der Kammern, das rasch vor sich
geht, ist gleichbedeutend mit Entspannung in einer Kolb°nmaschine. Die gewölbten
Flächen der Kammern t, v, x und der Explosionskammer q entspricht der Kolbenfläche
einer Kolbenmaschine.
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Darauf erfolgt die Reinigung der Kammern. Die wichtigste Kammer ist
die Explosionskammer q der umlaufenden Scheibe g; sie muß zugleich gekühlt werden.
Nachdem sich die Kammer q im weiteren Umlauf geschlossen hat, öffnet sich auf der
Seite des Gehäuses o das gebogene Rohr i, das mit der Außenluft in Verbindung steht.
Zugleich mit dem Öffnen des Rohres i öffnet sich auch der Kanal z der Scheibe k
(Abb. -j). Die Bohrungen 3, 5, ; der Räder h, i, j, die Bohrungen 4, 6 der
Scheiben m, n (Abb. 3 oben) schaffen eine Verbindung zur Höhlung 8, die durch eine
Spülungsvorrichtung und Bohrungen 16 des Rades j (Abb. 4.) Frischluft durch
Rohr i ansaugt und mittels der angebenen Verbindung bei 15 entläßt.
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Abb.3 zeigt den Augenblick der Explosion. Der Kolben dl wird durch
das an seiner ,tlielstange befindliche Rollenpaar f mittels "ii: darin laufenden
Schneckenband c noch #@'ne- kurze Zeit in seiner inneren Totpunkt-`lage gehalten.
Diese innere Totpunktlage dauert so lange, bis durch einen angemessenen Zwischenraum
zwischen Zylinder und Explosionskammer q der umlaufenden Scheibe g die Gewähr gegeb°n
ist, daß durch den Spalt zwischen umlaufender Scheibe g und dem Gehäuse o kein .Zurückschlagen
der Explosion möglich ist und zurückbleibende Gemischreste im Zylinderraum nicht
entzündet werden können. Während nun der Kolben dl sich in der inneren Totpunktlage
befindet, steht der Kolben d in der äußeren Totpunktlage. Der Zylinder mit Kolben
d ist schon mit Gemisch gefüllt, der Zvlinder mit Kolben dl wird sich erst füllen.
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Unmittelbar nachdem das Schneckenband c den Kolben dl zurückzuschieben
beginnt, öffnet sich zu dessen Zylinder die Höhlung io. Die Höhlung io steht mit
dem Rohr i i in Verbindung, welches Anschluß an den Vergaser hat. Der Kolben dl
saugt mittels Rohr i i während des Vorüberstreifens der Höhlung io am Zylinder das
Gemisch an. Die Höhlung io ist zweckmäßig so lang, als die Schnecke c von der inneren
zur äußeren Ausladung mißt.
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Während die von der inneren zur äußeren Ausladung neigenden Kurve
der Schnecke c den Kolbendl auf seinen äußeren Totpunkt schiebt, vollzieht sich
mit dem Kolben d gerade das Gegenteil. Den Arbeitsgang, den wir jetzt beim Kalben
dl verfolgt haben, hat der Kolben d schon hinter sich. Die nach der Drehrichtung
in der Explosionsstellung (Abb. 3) für den Kolben d folende Kurve der Schnecke c
von der äußeren' zur inneren Ausladung wird das Gemisch verdichten. Das Gemisch
wird in die gereinigte, mit Frischluftgekühlte Explosionskaminerq der umlaufenden
Scheibe g gedrückt. Die Explosionskammer zieht an dem Zylinder vorbei und füllt
sich völlig. Die Schnecke c hält den Kolben d eine kurze Zeit in seiner inneren
Totpunktlage. Dann hat die Explosionskammer die Zündkerze r1 erreicht und der oben
beschriebene Vorgang der Explosion und deren Ausnutzung wiederholt sich zum zweiten
Male. Es spielt sich dann für den Zylinder des Kolbens d der Vorgang des Ansaugens
ab.
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Unterdessen hat der Kolben dl die äußere Totpunktlage erreicht und
beginnt zu verdichten. Es wiederholt sich dasselbe Spiel bei Kolben dl wie bei Kolben
d. Die gereinigte,
mit Frischluft gekühlte Explosionskammer füllt
sich, wandert weiter und die Explosion erfolgt.
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Jede Umdrehung erzeugt immer zwei Explosionen. Demnach hat jede feststehende
Scheibe zwei gleiche Kanäle, z. B. Scheibe h zwei Kanäle /3, die Räder haben immer
nur eine Kammer. Ebenso gibt es zwei Auspuffe y und zwei AbsaughöhlungenB.
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Die Reinigung der Kanäle f3, u, w der Scheiben k, ara, -ii
geschieht auf folgende Weise: Die Räder lt, i haben je eine Bohrung 12, 13
und das Rad j einen Kanal 14. Stehen die beiden Kolben in der inneren und äußeren
Totpunktlage, verbinden die Bohrungen 12 und 13 den Kanal 14. über. die Kammern
und Kanäle ß, 12, 1t, 13, w, 14 in den Sckeiben und Rädern mit dem Rohr 8,
welches Anschluß an die Spülungsvorrichtung des kades j hat und drücken alle Unreinigkeiten
beim Auspuff 9 ins Freie.
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Die Explosionskammer q liegt auf dem Mitteldurchmesser (Abb, 5 Schnitt
L--Ad). Die Höhlung io liegt außerhalb des Mitteldurchmessers, doch so, daß noch
eine Verbindung zu den Zylindern besteht (Abb. i Schnitt C-D, Abb.-l Schnitt G-H,
Abb. 5 Schnitt L-M). Das Frischluftrohr i dagegen befindet sich innerhalb des Mitteldurchmessers
z (Abb. 4. Schnitt 140, und zwar so weit nach innen, daß der Spalt den die umlaufende
Scheibe g und das Gehäuse bilden, eine Gewähr bietet, daß beim Vorüberstreifen der
Höhlung io in der Nähe des Frischluftrohres i keine Verbindung zu letzterem besteht.
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Die Kühlung erfolgt durch Wasser und Luft. Das Gehäuse o ist hohl
und von Wasser durchflossen, das auch in die drei Scheiben n, in, 1z dringt
(Abb. 5 Schnitt N-0). Zur Luftkühlung ist jedes Rad und die umlaufende Scheibe j,
i, la, g mit Lüfterrippen ausgestattet, und zwar in Schrägstellung (Abb.
5 Schnitt L-lZ). Außerdem befindet sich in den Wandungen der Räder und der umlaufenden
Scheibe die Bohrungen 16 (Abb.1, q., 5). Die feststehenden Scheiben h, m, n haben
je zwei Aussparungen 17, die der Welle zu in eine Bohrung enden. Die Spülungsvorrichtung,
bestehend aus den Lüfterrippen in jedem Rad und der umlaufenden Scheibe, saugt mit
den Bohrungen 16 und den Aussparungen 17 die Gleitflächen zwischen den Rädern, der
umlaufenden Scheibe und den feststehenden Scheiben ab.
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Die Explosionsturbine hat den üblichen Explosionsmaschinen gegenüber
den Vorteil, keine Kurbel und Ventile zu besitzen. Bekannte Explosionsturbinen benötigen,
um eine Explosion und die möglichst größte Wirkung einer solchen zu erreichen, einen
zweiten Kolben oder Ventile oder Steuerorgane und somit solchen Maschinenteilen
eigene Antriebseinrichtungen, wie Zahnräder, Nocken, Gestänge. Alle diese Teile
bedeuten eine Vermehrung an Baustoff und Gewicht und an Unübersichtlichkeit. Sie
bedeuten weiter eine Zunahme an Fehler- und Störduellen, an Verschleiß und bedeuten
eine Verminderung der Lebensdauer und der Leistung gegenüber der vorliegenden Explosionsturbine.
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Die vorliegende Explosionsturbine vereinfacht die Arbeitsweise einer
solchen auf ein einfaches Maß. Sie hat in einer einfachen Scheibe einen Ersatz für
einen zweiten Kolben, einer Schiebervorrichtung und allen bisher üblichen Steuerorganen.
Sie saugt mit dieser Scheibe und einem Zvlinder, der an diese Scheibe angeschlossen
ist, an. Die an sich bekannten Verdichterkolben pressen in die Explosionskammer,
die wiederum in dieser Scheibe liegt, das explosionsfähige Gemisch. Die Zündung
bringt es in dieser Scheibe zur Explosion, und es wird auch zugleich mit dieser
Scheibe abgesaugt und Kammern und Kanäle werden mit Hilfe dieser Scheibe durch Frischluft
gekühlt. Diese Scheibe ist wiederum mit drei weiteren Scheiben auf gleicher Welle
verbunden, welche die eingangs erwähnten Abweichungen von bekannten Turbinenrädern
haben.
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Die Steucrscheibe sowie die Einkammeranordnung je Explosion und je
Scheibverändern die Wirkung der Maschine in ihrer Gesamtheit gegenüber bekannten
Maschinen. Ihre Verwendungsmöglichkeit ist überall da, wo V erbrennungsmaschinen,
vor allem solche mit mehreren Zylindern notwendig sind.