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Verfahren zur Erzeugung von Druck und Wärme Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Erzeugung von Druck und Wärme, d. h. von unter Druck stehenden
Gasen oder heißen Gasströmen durch Verbrennen eines Gemisches von Luft und Treibstoffen,
und Vorrichtungen zur Ausführung dieses Verfahrens. Das Verfahren kann dazu dienen,
einen Rückstoß zu erzeugen oder kann benutzt werden z. B. zur Erzeugung von Geräuschen.
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Es ist bekannt, in einen Verbrennungsraum ein brennbares Gemisch zu
verpuffen und die Gase durch ein Rückschlagventil ausströmen zu lassen, wobei die
Wandung des Verpuffungsraumes gekühlt wird. Die gekühlten Rückstände in diesem Verbrennungsraum
erzeugen einen Unterdruck, der nach dem bekannten Vorschlag dazu benutzt wird, über
eine Turbine einen Luftstrom anzusaugen, der also Arbeit leistet. Durch Einspritzung
von Brennstoff wird danach wieder ein verpuffungsfähiges Gemisch in dem Verpuffungsraum
erzeugt und das Verfahren wiederholt.
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Es hat sich nun gezeigt, daß es bei einem derartigen Verfahren von
großem Vorteil ist, nicht einen einheitlichen Verpuffungsraum anzuwenden, sondern
einen Verpuffungsraum, Jer mindestens eine Trennwand enthält der-_ . t..
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art, daß .zwei oder mehrere hintereinandergeschaltete Verpuffungsräume
entstehen. Der hintergeschaltete Verpuffungsraum kann seinerseits wieder unterteilt
werden usw.
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Die Erfindung besteht daher darin, daß ein Zwei- oder Mehrstufenv
erfahren unter Zuhilfenahme eines durch Trennwände, die z. B. durch Anbringung von
Absperrgliedern das Strömen des heißen, unter Druck stehenden Gases in den nächsten
Raum gestatten, einen Druckausgleich danach aber unmöglich machen oder .erschweren,
ein- oder mehrmals unterteilten Verbrennungsraumes durchgeführt wird. Die Trennwand
ist also mit Öffnungen oder Absperrgliedern versehen, die das Überströmen des unter
Druck stehenden Gemisches in den nächsten Verbrennungsraum gestatten, die jedoch
einen Druckausgleich in entgegengesetzter Richtung nicht ahne weiteres ermöglichen.
Es können z. B. Absperrglieder angebracht werden, die das Gas nur in einer Richtung
durchströmen lassen. Es ist jedoch auch möglich, Blenden vorzusehen, die wohl das
Durchströmen des unter Druck stehenden Gases ermöglichen, deren Blendenöffnung jedoch
so klein ist, daß nach dem Durchströmen ein Druckausgleich zwischen den
beiden
Kammern nicht ohne weiteres eintritt, da ja sonst ein Ansaugen von frischem Brennstoff
oder Luft nicht eintreten könnte.
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Die Trennwand soll nicht an irgendeiner beliebigen Stelle des Verbrennungsraumes
angebracht werden, sondern die Stelle wird
| zweckmäßig durch Vorversuche ermitte |
| wobei die Kegel als Ausgangspunkt dient, d |
| die Unterteilung im Verhältnis von 1 . |
bzw. 1 ::2 zu guten Ergebnissen führt. `` ? Bei der Untersuchung des V erbrennungsraumes
in einem Raum, z. B. in einem langgestreckten Rohr, hat sich nämlich ergeben, daß
die Verbrennung von der Zündstelle aus zunächst rasch fortschreitet, dä13 dann aber
eine Verlangsamung des Fortschreitens des Flammensaumes eintritt, so daß die Geschwindigkeit
zur Gefäßwand auf etwa ein Drittel herabgesetzt wird. An dieser Stelle sind wohl
die exothermen Reaktionen des hinter dem Flammensaum liegenden Gases weitgehend
beendet, und die Wärmeabgabe an die Wand ist so weit fortgeschritten, daß die sich
zunächst von der Zündstelle wegbewegende Gasmenge durch Abkühlen eine Umkehrung
der Bewegungsrichtung erfährt, Wird an dieser Stelle des Raumes eine Trennwand angebracht,
die ein Überströmen des unter Druck stehenden Gases in den nächsten Raum gestattet,
ein Rückströmen jedoch unmöglich macht bzw. erheblich verlangsamt, so fällt der
Nachteil fort, der dann entsteht, wenn ein nicht unterteilter Verbrennungsraum benutzt
wird, bei dein ein Teil der Gase sich durch Kühlung schon zusammenzieht, während
ein anderer Teil der Gase sich noch ausdehnt, und es wird ein guter Mlirkungsgrad
erzielt.
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Wird die Zündstelle z. B. durch das Einlaßventil gesteuert, so kann
ein voll selbsttätiges Verfahren geschaffen werden, das mit gutem Wirkungsgrad arbeitet.
Der unter Druck stehende Gasstrom kann z. B. benutzt werden zum Betreiben von Maschinen
nach Art von Druckluftkraftmaschinen, Säuren usw., oder es kann auch die Wärme des
erzeugten.Gases benutzt werden z. B. zur Beheizung von Flugzeugtragflächen. Flugzeugkabinen
usw.
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In einem solchen einmal unterteilten Verbrennungsraum wird durch Zündung
in dem kleineren Teilraum die Verbrennung eingeleitet. Die brennenden Gase drücken
die unverbrannten Gase vor sich her, die durch die Trennwand und das Absperrglied
unter Verdichten des Inhalts des größeren Raumteils hereingedrückt werden. Da eine
rückläufige Bewegung durch das Absperrglied der Trennwand verhindert -,vifd, so
befinden sich die unverbrannten Gase in dem größeren Raumteil unter Druck. Bei Zündung
der verdichteten Gase entweder durch die Flamme des ersten Raumes, die durch das
Absperrglied der Trennwand hindurchgeht, oder durch eine besondere Zündquelle wird
ein erhöhter Wirkungsgrad erreicht.
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Es ist oben schon erwähnt, daß die Ziin-
| - in dem zweiten Raumteil durch die |
| nie des ersten Raumteils erfolgen kann, |
| " nämlich, wenn der freie Querschnitt des |
| Sperrgliedes so groß ist, daß die Flamme |
durchtreten kann. Die Zündung kann in jedem Raum auch erfolgen durch eine besondere
Zündquelle, z. B. eine Zündkerze oder deren mehrere, dann nämlich, wenn der freie
Querschnitt des A1)sperrgIiedes wie ein Sieb wirkt, so daß die Flamme nicht durchtreten
kann. Die Steuerung der Zündduelle oder der Zündquellen kann durch den Unterdruck,
z.13. mittels des zugeordneten Ventils, erfolgen. Auch die während des Ansaugens
rasch fallende Temperatur kann zur Auslösung von Zündvorrichtungen benutzt werden,
oder auch kann das Nachlassen des Saugstromes zur ELominandogebung für die Zündung
herbeigezogen werden. Auch ist es möglich, auf andere Weise, z. B. durch eine Schaltwalze
oder irgendeine Beeinflussung von außen, die Zündung herbeizuführen. Nach der bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung sind die Absperrglieder selbsttätig, d. h. als Rückschlagventile,
ausgebildet, jedoch kann. auch in besonderen Fällen das Öffnen und Schließen der
Ventile durch einen Antrieb erfolgen. Wesentlich ist jedoch, daß das Öffnen und
Schließen der Ventile stets in dem Zeitpunkt stattfindet, in dem die Gase ihre Strömungsrichtung
umkehren, d. h. in dem Rückschlagventil das Öffnen und Schließen vornehmen würden.
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Das letzte Ventil, das die Gase durchströmen, das eigentliche Auspuffventil,
soll eine Schließvorspannung besitzen, die erheb lieh größer ist als die der übrigen
Ventile, so daß es sich erst dann öffnen kann. nenn das ihm vorangehende Ventil
sich wieder geschlossen hat.
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Bei der Wahl von Ventilen für die Vorrichtung gemäß vier Erfindung
ist darauf zu achten, daß zweckmäßig solche Ventile (zur Vermeidung ungünstiger
Druckunterschiede vor und hinter dem Ventil und zur Vermeidung des Flatterns ) zu
wählen sind, deren Schließdruck erheblich nachläßt, wenn der Ventilkörper eine Strecke
vom Sitz abgehoben ist. Gemäß der Erfindung wird also vorgeschlagen, Ventile zu
verwenden mit einer mit dem Öffnen des Ventils fallenden Schließkraftcharakteristik.
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Dieses Ziel läßt sich durch Kniehebel und andere mechanische Einrichtungen.
erreichen, einfacher aber dadurch, daß man die Federkraft
durch
eine magnetische Kraft ersetzt. Mit dem Abstand .des Ankers verringern sich dann
die Kräfte in gewünschter Weise. Die magnetischen Kräfte können sowohl von ,einem
Dauer- wie von einem Elektromagneten ausgehen. Letzterer ist besonders dann am Platze,
wenn der Verschluss nicht durclz@' die Verbrennungsgase, sondern durch eine. selbständige
Vorrichtung gesteuert wird. Soiche Ventile lassen sich im übrigen auch mit Vorteil
z. B. in Kraftmaschinen, V eidichtem oder Pumpen benutzen.
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Die Kühlung kann in -an sich beliebiger Weise vorgenommen werden,
z. B. durch Anbringung eines Kühlmantels oder durch Vorsehung von Kühlrippen, z.
B. auch im Innern des Verbrennungsraumes. Die austretenden Gase können zur Kühlung
herangezogen werden dadurch, daß sie Kunilutt nach Art eines. Injektors ansaugen.
Die Kühlung kann auch vorgenommen werden durch Einspritzen von Wasser.
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Unter Umständen ist es vorteilhaft, eine scharfe Trennung der unverbrannten
von den verbrannten Gasen herbeizuführen dadurch, daß das Gas in lebhafte Drehung
versetzt wird. Bei Vorsehung von tangential gerichteten, außen angebrachten Einlaßöffnungen
werden die kälteren, schwereren Gase, d. h. die unverbrannten Gase, nach außen geführt
und durch die Öffnungen hindurchgeleitet, während die heißen verbrannten Gase. sich
im Kern befinden.
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Nähere Einzelheiten der Erfindung ,gehen aus der folgenden Beschreibung
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen hervor.
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Abb. i zeigt eine bekannte Vorrichtung. Abb.2 und 3 zeigen Ausführungsformen
gemäß der Erfindung, d. h. unterteilte Verbrennungsräume.
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Die Abb. q. zeigt eine Ausführungsform und die Abb. 5 einen Schnitt
durch die Vorrichtung nach Abb. q..
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Die Abb. 6 zeigt eine Vorrichtung- zur Durchführung des Verfahrens
unter Benutzung von Wirbelung.
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Die Abb. 7 zeigt einen Querschnitt durch eine Vorrichtung nach Abb.
6.
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Die Abb. 8 zeigt in sinnbildlicher Darstellung ein Ventil, wie es
vorzugsweise für die Vorrichtungen nach der Erfindung benutzt werden soll.
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Die Abb. 9 und io zeigen ein magnetisch gesteuertes Ventil, während
die Abb. i i ein elektromagnetisch gesteuertes Ventil zeigt.
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In den Verbrennungsraum i gelangt brennbares Gemisch durch das Rohr
2 und das Zerstäubungsrohr 3. Es ist ein Rückschlagventil q. vorgesehen, das den
Raum schließt, wenn der Außendruck nicht höher ist als der Innendruck. Der Verbrennungsraum
i ist mittels eines Wassermantels 7 gekühlt, und es ist an der Auslaßseite ein Rückschlagventil
5 vorgesehen. Wenn ein Zündfunke bei 6 überspringt, so wird das brennbare Gemisch
gezündet und strömt durch das sich öffnende Auslaßventil 5 aus. Sobald der innere
Druck nicht mehr größer ist als der äußere Druck, schließt sich das Ventil 5. Durch
die Abkühlung wird in dem Raum i ein Unterdruck erzeugt. Dadurch wird das Ventil
q. geöffnet und brennbares Gemisch eingesaugt. Das Ventil ¢ schließt sich nach dem
Einsaugen selbsttätig und läßt bei 6 einen Zündfunken überspringen. Dieser Vorgang
wiederholt sich nun beliebig lange.
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In Abb. z ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform gezeigt, bei der
der Verbrennungsraum unterteilt ist in zwei Räume io und i i, und zwar durch eine
Trennwand 8 mit einem Absperrglied g. Die Strecke i beträgt z. B. ein Viertel bis
ein Drittel der Gesamtlänge, während die Strecke.L drei Viertel bis zwei Drittel
der Gesamtlänge beträgt. Die Vorgänge in dem Raum io sind im übrigen die gleichen
wie in dem Raum i bei der Vorrichtung nach Abb. i. Die verbrennenden und sich ausdehnenden
Gase schieben die unverbrannten Gase vor sich her durch die Trennwand 8, Ventil
g hindurch. Eine rückläufige Bewegung kommt nicht zur Auswirkung, da das -Ventil
g dann schließt. Während in dem Raum i i die Verbrennung weitergeht, tritt in
-dem Raum io eine Abkühlung und ein Ansaugen ein.
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In Abb. 3 ist ein zweimal unterteiltes Gefäß gezeigt. In dem Raume,
der dem Raum i i der Abb. 2 entspricht, ist eine weitere Trennwand i2 mit einem
Absperrglied 13 eingebaut und der Raum i i in zwei Räume 1q., 15 unterteilt
worden. Das Verhältnis von i -zu L ist das gleiche wie in Abb. 2. Es ist in jedem
der Räume eine Zündkerze 6 vorgesehen, die z. B. durch die zugeordneten Ventile
gesteuert werden kann. Statt einer Wasserkühlung sind hier Kühlrippen vorgesehen.
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Die Abb. q. zeigt eine Vorrichtung ähnlich der der Abb. 3. Der Verbrennungsraum
ist mit einem Mantel 16 umgeben, der Längskühlrippen besitzt. Die bei 18 ausströmenden
Gase reißen Luft, die in den Mantel bei 17 eintritt, mit und führen so eine Kühlung
herbei.
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Bei den Vorrichtungen nach Abb. 6 und 7 werden die einströmenden Gase
durch Anordnung von Leitschaufeln in Umlauf versetzt und treten am Umfang des Raumes
23 ein. Ähnliche Vorrichtungen finden sich bei den Trennwänden 22 und bei dem Abschluß
28,
so daß die Gase auch in die Räume 26 und 27 in Umlauf eingeführt
werden.- Die Ventile 25 sind tangential an entsprechenden Bauteilen 24 ausgebildet.
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In Abb. 8 wird ein Federventil mit der für die Erfindung bevorzugten
Charakteristik dargestellt. Das Ventil 29 mit dem Ventilschaft 30 wirkt auf
einen bei 33 drehbaren Doppelhebel 31, 32. Eine Feder 34 ist einerseits bei 3 5
und andererseits an dem Hebelteil 32 derart befestigt, daß zunächst dem Öffnen des
Ventils ein starker Widerstand entgegengesetzt wird. Nachdem der Hebel 31, 32 die
gestrichelt gezeichnete Stellung erreicht hat, hört die Gegenkraft so gut wie auf,
d. h. es ist dann das Öffnen des Ventils leicht zu bewerkstelligen.
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Die Abb.9 und io zeigen ein magnetisch gesteuertes Ventil. Der Ringmagnet
36 trägt an der einen Seite die das Ventil bildende Platte 37, deren Bewegung durch
einen Anschlag 38 begrenzt ist. Auf der anderen Seite ist ein Ring 39 mit Streben
4o vorgesehen, die zu einem Kernstück 41 führen. Die Widerstände gegen die Wegführung
der Platte 41 von dem Magnetkern 36 sind zunächst groß und werden immer geringer,
je weiter die Platte von ihrem Sitz entfernt ist.
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In Abb. i i ist eine gleichwirkende Ausführungsform gezeigt, jedoch
der Magnetringkörper 36 nach Abb.9 ersetzt durch einen Ring 42 mit Wicklung 43.