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Strömungsmaschine als Kraft- oder Arbeitsmaschine Die .mechanische
Abgasenergie aus Brenn.-kraftmaschinen oder aus Verpuffungskammern kann mittels
Turbinenräder nur unvollkommen umgeformt werden, weil das Abgas beim hohen Anfangsdruck
infolge seiner hohen Geschwindigkeit tnur unvollkommen ausgenutzt wird, während
nach erfolgtet Entspannung des Abgases ;eine. vollständige Entleerung der Abgasleitung
nicht möglich ist; denn das schnell laufende Turbinenrad wirkt wie ein Drosselkörper,
welcher die Abgas leiturig versperrt, so daß noch ein Restdruck in dieser verbleibt.
Von einem bestimmten Enddruck an, entsprechend der Umfangsgeschwindigkei:t des Turbinenrades,
verwirbelt ,das Gas im Rad und wirkt bremsend. Es ist aber zweckmäßig, die Abgasleitung
nach jedem Gasauspuff nicht nur drucklos zu machen, sondern auch noch einen Unterdruck
zu erzeugen, um die Auspuffarbeit der vorgeordneten Brennkraftmaschine zu verringern
und die Wärme aus der Abgasleitung zü beseitigen.
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Diese Nachteile sollen durch eine Maschine gemäß der Erfindung beseitigt
werden. Diesie Maschine ist durch Gitterflügel gekennzeichnet, welche aus einzelnen
Staukörpern mit axialen Zwischenräumen bestehen, welche am Umfang Beines Läufers
in bestimmten Abständen voneinander angebracht sind, im Ringraum eines Gehäuses
umlaufen und durch einen feststellenden, mindestens zwei Gitterflügel überdeckenden
Verdrängerkolben hindurchlaufen, welcher Durchgangsschlitze in der Breite der Staukörper
besitzt und die Ein- und Au;sströmöffilungen des Ringraumes trennt. Diese Maschine
formt nicht nur schnell wechselnde Drücke mit hohem Wirkungsgrad um, sondern erzeugt
auch einen Unterdruck. Die Arbeitsweise dieser neuen
Strömungsmaschine
gründet sich auf die gleichen physikalischen Gesetze; nach denen Staugitter, M:eßblenden
oder Venturirohre av-, beiten.
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Die Strömungsmaschine ist in den ebb;: bis 4 dargestellt und .im folgenden
beschrie=-ben. Es stellen dar Abb. i den Querschnitt der Strömungsmaschine in der
Schnittebene I-II, Abb.2 den Längsschnitt der Strömungsmaschine in der Schnittebene
III-IV, Abb.3 die Abwicklung des Radumfanges mit den Gitterflügeln, Abb.4 :ein den
Druckverlauf kennzeichnendes Schaubild.
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Die neue Strömungsmaschine (Abb. i und 2) besteht aus dem LäuferY,
auf dessen Umfang in bestimmten Abständen voneinander -Gitterflügel u sitzen, ferner
aus äem Gehäuse g mit den Einströmöffnungen h und der Ausströmöffnung
d. Der Läufer Y ist im Gehäuse g gelagert. Die Gitterflügel u bewegen sich
im Ringraum e des Gehäuses g und bestehen aus mehreren mit axialen Zwischenräumen:
nebeneinanderstehen.den Staukörpiem, deren Formen verschieden sein können. Zwischen
die Einströmöffnungen h und Awsströrnöffnung d ist ein feststehender, abschließender
Verdrängerkolben b gesetzt. Der feiste Verdrängerkolben b besteht aus Blechen, welche
mit solchen Zwischenräumen gestellt sind, daß die Staukörper der Gitterflügel durch
diese Zwischenräume hindurchlaufen können, ohne die Bleche zu berühren. Der Verdrängerkolben
b überdeckt mindestens zwei Gitterflügel und verdrängt den Rauminhalt des Gases,
der sieinem Querschnitt entspricht. Die Abdichtung des Ringraume ,se nach außen
hin ist durch Ringzähne f gewährleistet.
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Die Wirkungsweise der Strömungsmaschine ist folgende: Das Gas strömt
durch die Einströmöffnumgien h in den Ringraume des Gehäuses g und trifft
auf die Staukörper der Gitterflügel a. Ein Teil der Gasteilchen staut sich vor den
Stirnflächen des ersten Flügelgitters.; die übrige Masse der Gasteilchen fliegt
durch die Zwischenräume des Gitters hindurch und bewirkt am nächsten Flügelgitter
den gleichen Vorgang, aber mit bereits geringerem Druck und damit geringerer Geschwindigkeit.
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In Abb. 3 ist ein Ausschnitt der Strömung eingezeichnet und mit Buchstaben
versehen, während in Abb. q. der Druckverlauf dargestellt ist. Nach der Bernouillischen
Gleichung ist P # F # c = P1 # F1 - e1. Die Flügelgitter stellen Widerstände
in einer Leitung dar, die die Strömung zu überwinden sucht; so daß der Druck P vor
einem Flügelgitter stets größer ist als der Druck P1 hinter einem Flügelgitter.
Der Druckunterschied 1 (Abb:4) lastet auf den Stirnflächen des Flügelgitters
und wird zu einem kleinen Teile zur Überwindung der Gasreibung im Flügelgitter 's,elb
st verbraucht. P - P1 = i -Radius des -Läufers ist somit das
Drehmoment für das rbetrefende Flügelgitter. Die Summe aller `Druckunterschiede
vor und hinter den Flügelgittern, multipliziert mit dein Radius des Teilkreises
des Läufers, ergibt das Gesamtdrehmoment. Ein positives Drehmoment kann nur gebildet
werden, solange die kinetis he Energie des Gasstromes groß genug ist, einen Druckunterschved
i zu erzeugen. Das ist so lange der Fäll, wie die Gasgeschwindigkeit größer als
die Läufergeschwindigkeit ist. Wird nun die Maschine mit Abgas von schnell wechselndem
Druck betrieben und die Gasgeschwindigkeit verringert sich nasch jedem Druckstoß
zeitweise bis unter die Läufergesichwindigkeit, so wirkt der Läufer saugend. Das
Drehmoment wird negativ, P1 wird größer als P, und die Maschine wirkt nunmehr als.
Verdichter. Es entsteht an: ,der Austrittsöffnung d ein Überdruck und an der Eintrittsöffnung
dt ein. Unterdruck, weil der Verdrängerkolben b den Rauminhalt des Gases verdrängt,
der seinem Querschnitt entspricht. Die Maschine kann also je nach dein vorliegenden
Arheitsbedingungen auch dauernd als Turbine oder als Verdichter arbeiten.
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Während die Ausströmöffnumg d (Abb. z und 2) tangential angeordnet
ist, müssen die Einströmöffnungen k schräg axial seitlich im Gehäuse g liegen, und
zwar am inneren Umfang ges Ringraumes e. Die Einströmöffnungen h lassen bis zum
äußeren Umfang des Ringraumes den Abstand h frei. Auf diese Weise wird die Saugwirkung
des Läufers erheblich verstärkt; denn. im Raume zwischen der Ausströmöffnung d und
den Einströmöffnungen h herrscht am - inneren Umfang Unterdruck, während das Restgas
nach dem äußeren Umfang geschleudert wird und liier ,den oberhalb der Einströmöffnungen
verbleibenden n-förmigen Raum mit ausfüllt.
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Würden die Einströmöffnungen h bis nach außen reichen, so würde. das
Restgas in diese: zurückgedrückt werden, und der gewünschte Unterdruck wäre :erheblich
geringer. Die Verdrängerkolbenb (Abb.3) werden zweckmäßig, entsprechend der Einströmrichtung
des Abgases, verschieden lang gemacht und abgeschrägt.
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Durch die Anwendung :einer tangentialen Aws;strömöffnung und einer
oder zweierschräg axialer Einströmöffnungen, die am inneren Umfang eines Ringraumes
liegen, wird auch dann ein Unterdruck und damit eine starke Saugwirkung erzielt,
wenn die Vemdrängerkolben b fehlen. Die Anordnung der beschriebenen Aus- und Einströmöffnungen
ist
also auch auf Strömungsmaschinen anwendbar, die ohne Verdrängerkolben
arbeken.
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Die Staukörper der Flügelgitter können verschiedene Formen haben.
Wesentlich zur Erreichung eines hohen Wirkungsgrades ist die wirbelfreie und reibungsarme
Strömung um die Staukörper.
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Stromlinienförmige Staukörper, die in Drehrichtung den geringsten
Widerstand haben, :ergeben hah e Saugwirkung, und umgekehrt.
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Da sich die Umfangsgeschwindigkeit des Läufers :erheblich steigern
läßt, wenn der Läuferkörper mit den Gitterflügeln aus einem Stück hergestellt _
isst, so wird zweckmäßig für die Staukörper eine Form gewählt, die sich mit geeigneten
Werkzeugen leicht herstellen läßt.