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Kraftmaschine mit brennkraftmaschinenartig wirkenden Arbeitszylindern,
von deren Kolben bewegter Treibflüssigkeit und von dieser beaufschlagtem Turbinenlaufrad
Die Erfindung betrifft eine Kraftmaschine mit brennkraftmaschinenartig wirkenden
Arbeitszylindern, von deren Kolben bewegter Treibflüssigkeit und von dieser beaufschlagtem
Turbinenlaufrad.
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Kraftmaschinen, bei welchen die in einem brennkraftmaschinenartig
wirkenden Arbeitszylinder erzeugte Kraft durch Treibflüssigkeit auf ein Turbinenlaufrad
übertragen wird, sind bekannt. Bei einer derartigen Maschine, bei welcher die explodierenden
Gase unmittelbar auf die Treibflüssigkeit wirken, wird diese mittels einer Rohrleitung
durch die Beschaufelung des Turbinenrads hindurch und von da mittels einer weiteren
Rohrleitung und über ein Rückschlagventil zum Ausgang des Verbrennungsraumes zurückgetrieben.
Bei einer anderen bekannten Maschine ist die Turbineneinrichtung zwischen an entgegengesetzten
Seiten durch Rohrleitungen an das Turbinengehäuse
angeschlossenen,
brennkraftmaschinenartig wirkenden Arbeitszylindern angeordnet, und die Treibflüssigkeit
wird der Turbine abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen durch mit den Arbeitskolben
verbundene. in die entsprechend weit zylindrisch ausgeführten genannten Rohrleitungen
eingreifende Tauchkolben zugeführt. Die Steuerung derart, daß abwechselnd der eine
und der andere Zylinder Treibflüssigkeit durch das Laufrad schickt, erfolgt bei
dieser Bauart durch Umsteuerung der Bewegungsrichtung der einzelnen Arbeitskolben
mittels an den genannten Rohrleitungen angeordneter Winkelhebel. von den Arbeitslcolb2n
aus durch ihre Zylinderstirnwände durchsetzende Stangen bewegter, die Winkelhebel
beeinflussender Kurvenbahnen und von den Winkelhebeln ausgehender, die Einlaßventile
der Arbeitszylinder steuernder Stangen.
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Es ist weiterhin eine Kraftmaschine bekannt, bei welcher druckführende
gasförmige Körper (Explosionsgase, Preßluft, Dampf) ein windradartig wirkendes Laufrad
beaufschlagen, in dessen mittlerem Teil eine an Stelle von Kolben und Zylindern
angeordnete Sperrflüssigkeitsfüllung die Laufradkanäle gegen Durchtritt der druckführenden
Gase von der einen nach der anderen Laufradseite quer durch das Laufrad hindurch
absperrt. Es ist bei dieser Bauart auch bekannt, innerhalb des -#vindradartig wirkenden
Laufrads eine zv lindrische Aussparung, durch welche hindurch SFerrflüssigkeit von
der einen nach der anderen Radseite durchpendeln kann. anzuordnen, und es ist weiterhin
bekannt, in dieser Aussparung Leitschaufeln für diese Pendelbewegung der Flüssigkeit
vorzusehen und in noch weiterer Ausgestaltung einen zwischen die Leitschaufeln dieses
Leitrads zur Beeinflussung des Ganges der Maschine. in Maschinenachsrichtung hineinbewegbaren
Schieber vorzusehen.
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Weiterhin ist es z. B. bei Taumelscheibenmotoren bekannt, die Arbeitszylinder
im Kreis parallelachsig mit der zur Abgabe der Maschinenleistung bestimmten Welle
anzuordnen.
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Bekannt sind endlich Wasserturbinen, welche auf einer Welle undrehbar
gegeneinander zwei in Durchströmungsrichtung des Wassers hintereinander angeordnete
Schaufelkränze zwecks Aufteilung der Wasserenergie in günstiger Weise enthalten.
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Das .erfinderisch -Neue besteht demgegenüber darin, daß die Arbeitszylinder
in an sich bekannter Weise im Kreis angeordnet und ihre für den Durchtritt von Treibflüssigkeit
bestimmten Ausgänge durch einen Drehschieber, nachstehend auch als Stromsteuerrad
bezeichnet, den Arbeitstakten entsprechend zeitweilig für den Durchtritt der Flüssigkeit
nach dem Turbinenlaufrad hin und von dem Turbinenlaufrad her auf- und abdeckbar
sind.
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Es i;st das eine außerordentlich einfache und schon deshalb billige,
bei ihrer Einfachheit äußerst genaue und sehr genau herstellbare, mit unverminderter
Genauigkeit für eine beliebige Anzahl von Arbeitszvlindern und daher für ganz beliebig
große -Maschinenleistungen anwendbare Steuereinrichtung, welche weiterhin ohne Umkehrbewegungen
und daher diesbezüglich völlig stoß- und sehr abnutzungsfrei arbeitet und durch
ihr stetiges Durchlaufen in einer Richtung, insbesondere noch bei größerer Anzahl
von Arbeitszylindern, einen sehr hohen Gleicliförniigkeitsgrad der 'Maschine ergibt.
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Diese Art der Steuerung ist auch technisch wesentlich vorteilhafter
als die @`entilsteuerung bei der erstgenannten und die immerhin träge, hin und her
gehende und verwickelte, sich leicht abnutzende und auf Abdichtungen nach außen
hin angewiesene Steuerung der zweitgenannten vorbekannten Bauart, wälireiid die
drittgenannte vorbekannte Bauart mit ihrem windradartigen Laufrad überhaupt auf
einem ganz. anderen Arbeitsprinzip beruht als der Erfindungsgegenstand.
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Die Eintrittsöffnungen in dem Drelischieher können in Weiterbildung
der Erfindung im wesentlichen trapezförmig gestaltet S.ein, und es kann zwischen
Drehschieber und Arbeitszylinder eine Umformerscheibe eingeschaltet sein, «-elche
auf der den Arbeitszylindern zugekehrten Seite kreisförmige und auf der dem Drehschieber
zugekehrten Seite im wesentlichen trapezförmige, zwischen Kreis- und Trapezgestalt
stetig übergeleitete Durchtrittsöffnungen aufweist. Das ermöglicht, unter Vermeidung
einer schleichenden Steuerung die miteinander zusammenarbeitenden Teile der Durchbrechungen
in U mformerscheibe und Drehschieber im Umfangssinn schmal zu halten und so ohne
übermäßig großen Durchmesser der Kraftmaschine wieder eine größere Anzahl von Arbeitszylindern
anzubringen mit den vorgenannten VTorteilen sehr stoßfreien und gleichförmigen Laufs.
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Der Drehschieber kann ebenfalls in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
an seinem Rand an ebenen Stirnflächen gelagert sein. Das ergibt eine außerordentlich
-sichere, verkantungsfreie Lagerung mit geringem Flächendiuck, der Möglichkeit sehr
genauer. Herstellung und damit einer sehr dichten Einpassung, wobei die gute Dichtwirkung
infolge des geringen Flächendrucks und der damit verbundenen geringen Abnutzung
auch dauernd bestehenbleibt.
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Das Turbinenlaufrad und der Drehschieber können in ebenfalls weiterer
Ausgestaltung
der Erfindung durch Zahnradübertragungen zu zwangsläufig
gleichzeitiger Drehung gekuppelt sein. Dadurch unterstützen sich die Massen des
Turbinenlaufrads und des Drehschiebers zuzüglich jener der Kupplungsmittel zur Erzielung
eines sehr guten Gleichförmigkeitsgrades.
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Mit der nämlichen Wirkung kann in ebenfalls weiterer Ausgestaltung
der Erfindung mit dem Turbinenlaufrad und dem Drehschieber eine zur Steuerung der
Ein- und Auslässe für explosibles Gemisch und Abgase an den Arbeitszylindern. geeignete
Nockenscheibe zu zwangsläufig gleichzeitiger Drehung gekuppelt sein.
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In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Drehzahl des
Drehschiebers und gegebenenfalls der Nockenscheibe je Zeiteinheit kleiner sein als
jene des Turbinenlaufrads, zu welchem Zweck die Kupplung zwischen diesen Teilen
entsprechend gestaltet sein kann. Dadurch kann, ohne daß die Zeit für das Füllen
des Verbrennungsraumes der Arbeitszylinder mit explosiblem Gemisch und ihres Raumes
auf der entgegengesetzten Kolbenseite mit Treibflüssigkeit ungünstig kurz wird,
die Umdrehungsgeschwindigkeit des Turbinenlaufrads sehr hoch genommen, also auch
unter Berücksichtigung dieser Verhältnisse eine besonders große Energieleistung
aus einer verhältnismäßig kleinen Maschine gezogen werden. Auch hier wirkt die hohe
Umdrehungszahl des Turbinenlaufrads sehr günstig auf den Gleichförmigkeitsgrad der
Maschine.
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Die Übersetzung von der Turbinenlaufradwelle auf eine den Drehschieber
antreibende Steuerwelle kann dabei in Weiterbildung der Erfindung auch veränderlich
gemacht werden. Das ergibt eine Anpaßbarkeit der Explosionszahl an die Drehzahl
des Turbinenlaufrads und damit an den Kraftbedarf bei verschiedenen Beanspruchungsverhältnissen,
z. B. wenn die Maschine für einen Fahrzeugantrieb verwendet wird, die Erzielung
entweder einer besonders hohen Durchzugskraft bei verhältnismäßig langsamem Lauf
des Turbinenlaufrads oder andererseits einer besonders großen Umdrehungszahl des
Turbinenlaufrads gleichzeitig mit gegebenenfalls nur nötiger geringerer Durchzugskraft.
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Ebenso kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine in einem
Leitrad zur Zuführung der Treibflüssigkeit zum Turbinenlaufrad angeordnete Pinole,
zweckmäßigerweise von außen her durch Drehen an einem Zahnsegment, axial verschiebbar
angeordnet werden, um so den Eintritt der Treibflüssigkeit aus dem Leitrad in das
Turbinenlaufrad veränderlich zu gestalten. Auch diese Maßnahme ermöglicht eine Regelung,
und zwar eine stufenlose Regelung der Betriebsverhältnisse der Turbine in Anpassung
an verschiedene Betriebsbedingungen.
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Das Leitrad zum Zuführen der Treibflüssigkeit zum 'Turbinenlaufrad
kann in Weiterbildung der Erfindung in eine nach dem Turbinenlaufrad hin konisch
sich verengende Zuleitung eingebaut sein und sich nach dem Turbinenlaufrad hin in
seiner Umrißform konisch verengen. Ein derartig gestaltetes Leitrad übernimmt bereits
einen Teil der Umlenkung des Treibflüssigkeitsstromes in für die Energieabgabe günstiger
Weise. Auch ist ein derartig gestaltetes Leitrad besonders günstig für die Anordnung
einer axial ausschiebbaren Regelpinole, welche dabei in einem der äußeren Kegelgestalt
des Leitrads entsprechenden konischen Einlauf zum Turbinenlaufrad bei zylindrischer
Außengestaltung der Pinole den Durchtritt wirkungsvoll verengt. Es ergeben sich
so auch eine besonders große Schonung der geordneten Flüssigkeitsdurchströmung sowie
eine im Verhältnis zur Kolbengeschwindigkeit beim Eintritt in das Leitrad vergrößerte
Geschwindigkeit der Treibflüssigkeit.
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Weiterhin kann ebenfalls in Weiterbildung der Erfindung der Drehschieber
mit einer zur Ausnutzung der Restenergie der aus dem Turbinenlaufrad austretenden
Flüssigkeit geeigneten Beschaufelung versehen sein. Im Gegensatz zu den eingangs
genannten bekannten doppelt beschaufeltenWasserturbinenlaufräde-rn sitzen bei dieser
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine die be-i den B eschaufelungen an
getrennten Maschinenteilen, welche untereinander auch verschiedene Drehzahlen haben
können. Die Beschaufelung des Drehschiebers dient nicht nur der Aufarbeitung einer
Restenergie, sondern sie bewirkt durch den Sonderantrieb des Drehschiebers auch
ein ständig sicheres Anliegen z. B. der Zahnflanken von Kupplungszahnrädern zwischen
Turbinenlaufrad und Drehschieber, also .eine völlige Synchronisierung dieser umlaufenden
Teile, und begünstigt so wieder den ruhigen und gleichmäßigen Lauf der Maschine.
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Am Turbinenlaufrad kann ebenfalls in Weiterbildung der Erfindung der
die Turbinenschaufeln aufnehmende Ringhohlraum, von der ringförmigen Eintrittsöffnung
für die Treibflüssigkeit aus gerechnet, nach einer auf die Turbinenlaufradachse
zulaufenden Strecke näher an der Turbinenlaufradachse als die ringförmige Eintrittsöffnung
ausmündend, in Richtung auf die Arbeitszylinder hin rückläufig ausgeführt sein.
Im Gegensatz zu den bekannten Rückleitungen der Treibflüssigkeit zu den Arbeitszylindern
benötigt diese Ausführungsform des Erfindungsgegenstands von einem Turbinenlaufrad
aus überhaupt keine
kostspieligen, an ihren Anschlüssen leicht undicht
werdenden, leicht zu beschädigenden und die glatte Außenseite der Maschine störenden,
Strömungsverluste verursachenden Rohrleitungen. Die ganze Flüssigkeitsleitung liegt
dabei innerhalb der Maschine, und die Anordnung ist denkbar einfach, billig und
betriebssicher. Diese Umstände wirken sich außerdem noch besonders günstig aus beim
Vorhandensein einer größeren Anzahl von Arbeitszylindern, also wieder beim Bau für
sehr große Kraftabgabe geeigneter und bzw. oder sehr gleichmäßig laufender Maschinen.
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Die Zuleitung des explosiblen Kraftstoffgemisclres zu den Verbrennungsräumen
der Zylinder und die Ableitung der Abgase aus diesen können ebenfalls in Weiterbildung
der Erfindung durch eine Kanäle für diese Zu-und Ableitung enthaltende Kanalscheibe
erfolgen. Auch das ist eine außerordentliche Vereinfachung gegenüber der Zu- und
Ableitung von Gasen durch Rohrleitungen mit ihren vorgenannten Nachteilen. Eine
Kanalscheibe kann zudem auch für eine beliebige große Anzahl von Zylindern und damit
in für die Leistung und bzw. oder den Gleichförmigkeitsgrad der Maschine sehr günstiger
Weise ausgeführt werden.
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Um die zu den Arbeitszylindern zurückkehrendeTreibflüssigkeit stets
unter einem bestimmten Druck zu halten, kann eine auf sie einwirkende, einen federbelasteten
Kolben in einem in den Raum für die Treibflüssigkeit einmündenden Zylinder enthaltende
Druckregeleinrichtung für die Treibflüssigkeit vorgesehen sein.
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Der erst- und drittgenannten Bauart von mit flüssigkeitsgetriebenem
Laufrad arbeitenden Maschinen gegenüber hat die erfindungsgemäße Maschine noch den
Vorteil, in jeder Lage betriebsfähig zu sein und das explosible Gemisch von der
Berührung mit Flüssigkeit und damit von Schaum und Dunst, welche die Zündfähigkeit
ungünstig beeinflussen oder aufheben könnten, freizuhalten. Sie ist außerdem sehr
gedrungen in der Bauart.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Kraftmaschine in zwei Ausführungsformen und mit Einzelheiten dazu dargestellt, und
zwar zeigt Fig. i eine derartige Kraftmaschine im wesentlichen im Längsschnitt,
der Kolben nur in einem geschnittenen Zylinder dargestellt, der Drelischi-ber und
ein zwischen ihm und einem nach den Leitschaufeln hin führenden Sammelkanal angeordneter
Zwischenteil (Haltering) oben im Schnitt entsprechend Linie A-B der Fig. 2 und io,
unten im Schnitt nach Linie C-D der Fig. 2 und io, also unten, um in dieser Figur
auch dies Rückführung der Treibflüssiglzeit in die Zylinder und die Stege des Halterings
zu zeigen, für diese Teile die Schnittlage gegenüber der Schnittlage in der oberen
Hälfte der Figur versetzt gedacht, Drehschieber in der oberen Hälfte beispiels-«-eise
ohne die in Fig. 2 gezeigten Zwischenschaufeln gezeichnet, beispielsweises
Über-
setzungsgetriebe nur schematisch angedeutet, Fig. -2 den Drehschieber.
in Achsrichtung von den Arbeitszylindern aus, also in Fig. i von rechts nach links
gesehen, mit Zwischenschaufeln zwischen den die axialen Drehschieberdurchtrittsöffnungen
tragenden Teilen, Innenverzahnung nur durch strichpunktierten Teilkreis und gestrichelten
Fuß- und Kopfkreis dargestellt, Fig.3 in Teildarstellung eine Ansicht des Drehschiebers
in entgegengesetzter Richtung als in Fig. 2 gesehen, Fig. .l in Teildarstellung
einen Schnitt nach Linie _-i-B der Fig. 2, Fig. 5 in Teildarstellung einen Schnitt
nach Linie E-P der Fig. 2, Fig. 6 die in Achsrichtung von den Arbeitszylindern her,
also wieder in Fig. i von rechts nach links gesehene Umformerscheibe, schematisch
dargestellte Abdichtung oder Lagerung und Abdichtung für durchtretende Wellen im
Schnitt mit angedeutet, Fig. ; in Teildarstellung eine Ansicht derselben, in Achsrichtung
auf die Arbeitszylinder zu gesehen, teilweise gestrichelte Kreise und ihnen in Fig.
6 entsprechende ausgezogene Kreise, auch als Projektion der Arbeitszylinderbohrungen
geltend, Fig. 8 einen Schnitt nach Linie G-H der Fig. 6, Fig. 9 einen Schnitt nach
Linie 7-K der Fig. 6, Fig. i6 einen Haltering für den Drehschieber, in Achsrichtung
gesehen, Fig. i i einen Schnitt nach Linie A-L der Fig. io, Fig. 1-2 in Achsrichtung
gegen die Arbeitszylinder hin gesehen (Beschauielting teilweise nur durch strichpunktierte
Kreise angedeutet) ein Treibflüssigkeitsleitrad, Fig. 13 dasselbe von der rechten
Seite der Fig. 12 aus gesehen, obere Hälfte im Schnitt nach Linie II-iV der Fig.
12, Beschaufelung nur durch gestrichelte Darstellung ihrer Umhüllenden versinnbildlicht,
untere Hälfte in Ansicht, Fig. 1.1 eine Kanalscheibe zur Zuleitung des explosiblcn
Kraftstotigemisches und zur Ableitung der Abgase zu und von den Zylindern, in Achsrichtung
von der linken Seite der Fig.i aus gesehen, Fig. 13 einen Schnitt nach Linie 0-P
der Fig. 1.1, Fig. 16 einen Ventilring. in Achsrichtung von der linken Seite der
Fig. i aus gesehen,
Fig. 17 in Teildarstellung einen Schnitt nach
Linie Q-R -der Fig. 16 und.
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Fig.18 in Teildarstellung einen Schnitt nach Linie S-T der Fig. 16.
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Es bezeichnet i die im Kreis angeordneten Arbeitszylinder, von welchen
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwölf vorgesehen sind, 2 den in jedem
Arbeitszylinder laufenden, zweckmäßigerweise für Dichtung nach zwei -Richtungen
ausgeführten Arbeitskolben, 3 den Verbrennungsraum jedes Arbeitszylinders, welchem
explosibles Kraftstoffgemisch in zunächst beliebiger Weise zugeführt werden kann.
Die Arbeitszylinder sind bei denn gezeichneten Ausführungsbeispiel z. B. in Durchbrechungen
der Flansche q. und 5 eingepreßt und verschweißt. Von Flansch 5 aus ist die Maschine
durch eine Abdeckung 6, 7, 8 dicht abgeschlossen, und auch den Flansch 5 und gegebenenfalls
Tei18 durchsetzende Teile sind in ihn dichtend eingesetzt, so daß durch die Zylinder
i samt Kolben 2; Flansch 5 und Teile 6 bis 8 sowie gegebenenfalls den Innenraum
einer weiter unten zu erwähnenden Druckregeleinrichtung ein nach außen dicht abgeschlossener
Raum umschlossen ist. Dieser ist, abgesehen von weiter unten zu beschreibenden,
in ihm angeordneten Teilen, stets ausgefüllt durch die Treibflüssigkeit, z.. B.
mit einem Schmierstoff versetztes Wasser, besonders zweckmäßig aber ö1.
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In diesem Treibflüssigkeitsraum angeordnet ist das Turbinenlaufrad
g, dessen für den Fachmann selbstverständliche Beschaufelung nur durch deren Eintrittskanten
1o und Austrittskanten i i versinnbildlicht ist; 12 ist die konzentrisch innerhalb
des von den Arbeitszylindern eingenommenen Kreises angeordnete, das Laufrad 9 gegen
sich unverdrehbar, z. B. aufgekeilt, tragende Laufradwelle, 13 ein im Verhältnis
zum Flansch 5 fest angeordnetes Leitrad, 14 ein ringförmig durchlaufender, zwischen
Teil 6 und Leitrad 13'
angeordneter Sammelraum für die von den Arbeitszylindern
herkommende Treibflüssigkeit vor ihrem Eintritt in das Lauf- bzw. in das Leitrad.
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Die Maschine arbeitet nun allgemein so, daß bei der durch die Verbrennung
:des explosiblen Kraftstoffgemisches im Verbrennungsraum erzeugten Bewegung von
Kolben 2 Treibflüssigkeit aus den betreffenden, Zylindern aus- und durch das Turbinenlaufrad
9 zwecks Antriebs desselben getrieben wird und daß die aus denn Laufrad g kommende
Treibflüssigkeit in entsprechende Zylinder zurückgeleitet wird und dort den Kolben
2 in für eine neue Verbrennung und neuen Treibflüssigkeitsausstoß geeignete Stellung
bewegt. Beim Erfindungsgegenstand werden die Ausgänge 15 der Arbeitszylinder i den
Arbeitstakten in den Verbrennungsräumen 3 entsprechend durch den Drehschieber 16
zeitweilig für den Durchtritt der Treibflüssigkeit nach dem Turbinenlaufrad hin
und vom Turbinenlaufrad her geöffnet und abgedeckt.
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Dieser Drehschieber 16, das Stromsteuerrad, ist eine konzentrisch
zur Laufradwelle 12 umlaufende Scheibe mit ein Absperren der Zylinderausgänge ermöglichenden
Dichtflächen 17, beim gezeichneten Ausführungsbeispiel vier innerhalb dieser angeordneter
axialer burchtrittsäffnungen 18 und dementsprechend vier zwischen den Dichtflächen
17 angeordneten, von einer mittigen Durchbrechung 1g des Drehschiebers 16 ausgehenden,
an einer Stirnseite von einem Boden 79 und zweckmäßigerweise am Drehschieberumfang
durch eine Zarge 2o begrenzten, stirnseitig in Richtung nach den Arbeitszylindern
hin offenen Lücken 21. Steht einem Ausgang 15 ganz oder teilweise eine Durchtritt
söffnung 18 gegenüber, so kann Treibflüssigkeit aus ihm nach dem Sammelkanal 14
und dem Turbinenlaufrad 9 austreten (Fig. i oben) ; steht einem Zylinderausgang
15 ganz oder teilweise eine Lücke 21 gegenüber, so kann Treibflüssigkeit aus dem
Turbinenlaufrad g durch die mittigeDrehschieberdurchbrechung 19 und die Lücke 21
hindurch in den betreffenden. Zylinder zurückströmen (Fig. i unten). Zu den übrigen
Zeiten. sind die Austritte 15 durch die Flächen 17, abgedeckt, also verschlossen.
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Die Durchbrechungen 18 können mit den Zylinderausgängen 15 unmittelbar
zusammenarbeiten, in welchem Fall sie (als selbstverständlich nicht eigens gezeichnet)
deren kreisrunde Form haben können. Besonders zweckmäßig können aber, wie gezeichnet,
die Durchbrechungen 18 des Drehschiebers 16 annähernd trapezfärmig sein. Ferner
kann zwischen den Ausgängen 15 der Arbeitszylinder i und dem Drehschieber 16 eine
Zwischenscheibe 22, die sogenannte Umformerscheibe, in fester Zuordnung zu den Arbeitszylindern
i und gegen deren Flansch 5 abdichtend vorgesehen sein; diese Umformerscheibe 22
hat anschließend an die Austritte 15 Durchbrechungen 23; die drehschieberseitig
ebenfalls annähernd trapezfärmig, arbeitszylinderseitig dagegen kreisförmig mit
dem Durchmesser der Arbeitszylinder ausgeführt sind, wobei von der Kreisform zur.
annähernden Trapezform stetig übergeleitet ist. Es ergeben sich so gerade Steuerkanten
an Drehschieber 16 und Umforrnerscheibe 22, durch welche eine schleichende Steuerung
vermieden ist. Die Durchbrechungen 23 und damit die Zylinder i
können
im Umfangssinn je nahe aufeinanderfolgend angeordnet werden. Die Durchbrechungen
15 können zweckmäßig(rweise etwas breiter ausgeführt werden als die Durchbrechungen
23 an ihrem im wesentlichen trapezförmigen Teil; sie können auf ihrer der Dichtfläche
17 abgekehrten Seite sich erweitern (ys.Abdachungen 24. in Fig. 2. 3 und 5), um
einen geringen Bewegungswiderstand des Drehschiebers in der Treibflüssigkeit und
außerdem eine besonders gleichmäßige Beaufschlagung der Laufradschaufeln zu erzielen.
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Der Drehschieber 16 ist bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel randseitig
an ebenen Stirnflächen 25 und 26 gelagert. Als Gegenlagerfläche dient dabei einerseits
die den Zylinderausgängen 15 abgewandte Seite der L tnformersclleibe 22; auf der
anderen Seite ist bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel ein mit im Kreis angeordneten
Durchtrittsö.ffnungen 27 für die Treibflüssigkeit und einer mittigen Durchbrechung
-2b versehener Haltering 29 vorgesehen. Ein derartiger Haltering kann aus gegen
Abnutzung besonders widerstandsfähigem Werkstoff bestehen. U mformerscheibe 22 und
Haltering 29 können auch mit Sicherheit in einem solchen Abstand gehalten werden,
daß der Drehschieber sich leicht dreht und doch gegenüber der Umformerscheibe 22
und dem Haltering 29 sicher abdichtet, z. B. mit einem Spiel des Drehschiebers 16
von nur o,o2 bis 0,03 mm zwischen den Teilen 22 und 29. Zu diesem Zweck ist
bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel zwischen Umformerscheibe 22 und Haltering
29 der den Drehschieber 16 umschließende Distanzring 30 vorgesehen. Zusätzlich
zu diesem können mehr nach der Maschinenmitte zu auch noch mittels Schrauben befestigte,
nicht gezeichnete Distanzrohre vorgesehen sein. An seinem Umfang ist bei dem gezeichneten
Ausführungsbeispiel der Drehschieber 16 innerhalb des Distanzrings 30 z.
B. durch Laufrollen 31 gehalten. Es ergibt sich so unter Freilassung des Drehschieberinnenraumes
für beliebige andere Teile eine sehr leichtgängige, mit dem gewünschten geringen
axialen Spiel ausführbare und daher von Spaltverlusten weitgehend freie Lagerung
des Drehschiebers.
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Der Drehschieber 16 kann im Drehsinn in zunächst beliebiger Weise
im Zusammenhang mit der Steuerung der die Verbrennungsräume der Arbeitszylinder
bedienenden Teile gedreht «-erden. Besonders zweckmäßig ist es, `nenn er und das
Turbinenlaufrad 9 zu gemeinsamer Drehung gekuppelt sind. Zu diesem Zweck ist bei
dem gezeichneten Ausführungsbeispiel der Drehschieber mit einer rundlaufenden Innenverzahnung
32 versehen, in' welche ein Zahnrad 33 eingreift, dessen Drelle 34 von der Turbinenradwelle
12 aus in zunächst beliebiger Weise, z. B. über ein allgemein mit 35 bezeichnetes
Getriebe, angetrieben wird.
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Auf der nämlichen "tVelle, der Steuerwelle 34.. kann ein weiteres
Zahnrad 36 vorgesehen sein, «-elches in eine rundlaufende Innenverzahnung 3; einer
zur Steuerung der Zu- und Ablaßorgane zu und von den Verbrennungsräumen der Arbeitszylinder
dienenden und die Zündung steuernden _N ockenscheibe 38 eingreift, so daß
diese -N ockenscheibe und der Drehschieber i6 zu gemeinsamer Drehung gekuppelt sind.
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Durch eine derartige Einrichtung können der Drehschieber i6 und die
-Nockenscheibe 3S inbeliebigem--erhältnis ihrerU indreliungszahl gegenüber der Umdrehungszahl
der Turbinenlaufradwelle 12 gekuppelt sein. Besonders zweckmäßig ist es. wenn die
Drehzahl des Drehschiebers 16 und gegebenenfalls der \ockenscheibe 3S je Zeiteinheit
kleiner gehalten wird als jene des Turbinenlaufrads 9, so daß bei auskömmlicher
Zeit für die Vorgänge in den Arbeitszylindern eine sehr hohe Umdrehungszahl des
Turbinenlaufrads anwendbar ist.
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Dieses Verhältnis der Umdrehungszahlen von Drehschieber 16 und Turbinenlaufrad
9 kann durch unveränderliche übersetzung z. B. im Getriebe 35 fest sein, beispielsweise
1 :.4. Es kann aber zwischen die Wellen 12 und 3:I auch ein an sich bekanntes Cbersetzungs-Änderungs-Getriebe
35 eingeschaltet sein, so daß die übersetzung von der Turbinenlaufradwelle 12 auf
die Steuerwelle 34. auch veränderlich gestaltet werden kann, daß sich z. B. die
Drehzahlen von Steuerwelle 3.4 zu Laufradwelle 12 verhalten können wie i : i, 2
: 3, 1 : 2 od. dgl. Ein solches Getriebe ist in Fig. i als dem Fachmann bekannt
nur schematisch und teilweise dargestellt. Ein derartiges Getriebe kann klein und
leicht ausgeführt sein, da es nicht der Kraftabgabe nach außen, sondern nur der
Bewegung der Steuerwelle 34, die auch bei großen Maschinen nicht viel Kraft benötigt,
dient. Am Tragflansch 39 des Getriebegehäuses 4o, welcher auch Lagerungen der Wellen
12 und 34. trägt, oder dem Getriebegehäuse können außen auch :Magnet, Kompressor
und Regler angebaut sein.
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Ein Leitrad 13 für die Zuführung der aus dem Sammelraum 14 kommenden
Treibflüssigkeit nach dem Turbinenlaufrad 9 hin ist bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel
eingesetzt in einen nach dem Turbinenlaufrad 9 hin bei 81 konisch sich verengenden
Gehäuseteil 6, und es ist in seiner U mrißform nach dem Turbinenlaufrad 9 hin sich
konisch
verengend gestaltet. Die in Fig. i rein schematisch angedeuteten
Leitschaufeln 41 dieses Leitrads laufen spiralig und sorgen so für eine günstige
Eintrittsrichtung der Treibflüssigkeit in das Turbinenlaufrad.
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Der Flüssigkeitsaustritt aus dem Leitrad 13 kann bei dem gezeichneten
Ausführungsbeispiel becinflußt werden durch eine Regelpinole- 42, welche den Treibflüssigkeitseintrittsspalt
zwischen Leitrad und Turbinenlaufrad um so mehr verengt, je mehr sie aus einer Ausdrehung
43 des Leitrads 13 nach dem Turbinenlaufrad 9 hin vorgeschoben wird. DiemVerschiebung
in Achsrichtung erfolgt dabei dadurch, daß die Pinole 42 um ihre Achse gedreht und
dabei an einem in eine schraubenförmige Nut q.4 der Pinole eingreifenden Stift oder
an mehreren solchen verschoben wird. Zum Drehen der Regelpinole ist dabei ein z.
B. von einem Handrad aus mittels einer Welle 45 drehbares -Ritzel 46, welches in
eine Innenverzahnung 47 der Pinole 42 eingreift, vorgesehen.
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Die Beschaufelung des Laufrads 9 kann so gestaltet sein, daß die Treibflüssigkeit
aus ihm mit einer entsprechenden Restenergie und rotierend austritt, und der Drehschieber
16, welcher dann im gleichen Drehsinn wie das Laufrad umläuft, kann mif Mitteln
zur Ausnutzung dieser Restenergie versehen sein. Dafür bezeichnet bei der Ausführungsform
des Drehschiebers nach F'ig. 2 und i unten 48 eine in den Lücken 2i angebrachte
Beschaufelung des Drehschiebers 16, auf welche die von dem Turbinenlaufrad herkommende
Treibflüssigkeit auftrifft. 49 sind dabei noch Zuleitflächen am Drehschieber 16
für die Treibflüssigkeit zu den Schaufeln 48. Auch die Seitenfl'ä'chen
50 wirken wie die Schaufeln 48 als Antriebsflächen.
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Beim Turbinenlaufrad 9 bedeuten 51 die ringförmige Eintrittsöffnung
für die Treibflüssigkeit, 52 die ringförmige Austrittsöffnung. Letztere ist nahe
an der Laufradwelle i2 angeordnet, die Eintrittsöffnung 5 1 dagegen erheblich
weiter nach außen, und der diese Öffnungen enthaltende, durch die Leitflächen 53
begrenzte Ringhohlraum 54 ist nach einer auf die Turbinenlaufradachse zulaufenden
Strecke 55 rückläufig, also bei 52 auf die Arbeitszylinder zulaufend bzw. in das
Maschineninnere zurücklaufend, ausgeführt.
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56 bezeichnet die den Zylindern i gegenüber feste Kanalscheibe, deren
Ringkanal 5:8 an die Zuleitung für Kraftstoffgemisch und deren Ringkanal 57 an die
Ableitung für die Abgase in als beliebig und selbstverständlich nicht gezeichneter
Weise angeschlossen sind. Die Kanalscheibe ist dicht verbunden mit dem gegen Flansch
4 abdichtenden Ring 59, welcher die Sitze 61 der Einlaßventile 67, die Sitze 6o
der Auslaßventile 66 und die Gewinde 62 für die nicht gezeichneten Zündkerzen trägt.
Die Kanäle 57 und 58 der Kanalscheibe 56 können bei Betätigung der Ventile an ihren
Stößeln durch die Nockenscheibe 38 mit den Verbrennungsräumen 3 in Verbindung gesetzt
werden.
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Der Treibflüssigkeitsinhalt der Maschine kann ständig unter Druck
gehalten werden durch einen z. B. in dem Raum zwischen der Turbinenlaufradwelle
12 und den Arbeitszylindern i zwischen den Flanschen 4 und 5 angeordneten, nicht
eigens gezeichneten Druckregler, welcher aus einem Zylinder mit einem darin laufenden
federbelasteten Kolben besteht, wobei der Raum unter dem Druckreglerkolben mit Treibflüssigkeit
gefüllt ist und durch den Flansch 5 hindurch mit dem die übrige Treibflüssigkeitsmenge
enthaltenden vorgenannten Raum in Verbindung steht. Druckregler zur Einstellung
und Aufrechterhaltung eines bestimmten Druckes in einer Flüssigkeit, auch zum eventuellen
Zutretenlassen von Ersatz für verbrauchte Flüssigkeit, oder Mittel zum zeitweisen
Nachpumpen oder Ablassen solcher, wobei beim Nachpumpen durch Spannen der Druckreglerfeder
der Druck in der Treibflüssigkeit steigt und beim Ablassen fällt, sind bekannt.
Man wird den Druck natürlich so einstellen, daß sich beim Rücktritt der Treibflüssigkeit
in die Arbeitszylinder eine für den Wirkungsgrad günstige Kompression des Kraftstoffgemisches
ergibt.
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Die Kraftabnahme aus der Maschine kann in beliebiger Weise erfolgen,
z. B. unmittelbar von der Turbinenlaufradwelle 12, welche zu diesem Zweck in Fig.
i links oder rechts aus der sonstigen Maschine heraustreten kann. Bei dem- gezeichneten
Ausführungsbeispiel erfolgt die Kraftabnahme an ,einer im Getriebekasten gelagerten
Welle 63, welche mit der Welle 12 über ein weiteres (als selbstverständlich nur,
teilweise angedeutetes) Getriebe 8o, zweckmäßigerweise, wenn gewünscht, mit geringerer
Umlaufzahl als jene der Welle 12, z. B. im Verhältnis i : 2, angetrieben wird. Auch
diese Welle 63 kann auf der anderen Seite der Maschine angebracht sein.
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Die Welle i2 kann an ihrem einen Ende durch ein einstellbares Druck-
und Gleitlager 64 zwecks genauer Einstellung des Laufrads 9 abgestützt sein.
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65 bezeichnet noch eine Lagerscheibe für die auf die Stößel der Ventile
66 und 67 einwirkenden Stoßstangen. An den Kolben können auch (vgl. diesbezüglich
die oben in Fig. i gezeichnete Ausführungsform) HubbegrenzungsstaÜgen 6,8 angeordnet
werden, und die
Lagerscheibe 65 kann dann auch als einseitiger Anschlag
für solche Hubbegrenzungsstangen dienen. 69 sind Schraubanker und 7o Distanzrohre,
mittels welcher die genannten Teile zu einem Block zusammengebaut sind. 78 in Fig.
1, 6 und 7 bedeutet schematisch Dichtungs- oder Dichtungs- und Lagerstellen am Durchtritt
der Wellen 12, 34 und 4j durch den Flansch 3 und die L mformerscheibe 22. 1littel
zum Abdichten sich drehender Wellen, z. B. Stopfbüchsen, Labyrinthe, Manschetten,
Einschleifen, sind bekannt.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Maschine ist, soweit nicht schon
aus vorstehendem hervorgeht, wie folgt: In Fig. 6 sind aufeinanderfolgende Zylinder
jeweils mit I, 1I, III bezeichnet, so dar sich, entsprechend den gezeichneten vier
Durchbrechungen 18 des Drehschiebers und den gezeichneten zwölf Arbeitszylindern,
vier Gruppen von Zylindern ergeben.
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Es sei angenommen, daß bei jedem Zylinder I die Steuerlzante 7 i der
Durchbrechungen 18 bei der Drehung des Drehschiebers im Sinn des Pfeils in Fig.2
gerade über die S-,enzrlzante 72 der Umformerscheibe in Fig. 6 hin zve.ggeht. In
diesem Zeitpunkt sind die Verbrennungsräume 3 der Zylinder I mit durch den Rückgang
der Arbeitskolben (s. unten) komprimiertem Kraftstoffgemisch gefüllt, sämtliche
Ventile 66, 67 geschlossen, und zu diesem Zeitpunkt oder etwas davor (Frühzündung)
oder etwas danach (Spätzündung) erfolgt die Zündung des Kraftstoffgemisches. Dasselbe
explodiert, treibt den Arbeitskolben, in Fig. i gesehen (obere Darstellung) nach
links, und dadurch .wird, während die üfrnung 18 an der Durchbrechung -23 vorbeigl2itet,
die Treibflüssigkeit aus dem Raum links vom Kolben 2 durch die! Durchbrechungen
23, 18, -27 nach dem Sammelkanal 14. und durch das Leitrad 13 hindurch dem Turbinenlaufrad
9 zugeführt, an welches die Treibflüssigkeit Kraft abgibt.
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Diese Phase wird beendet durch das Übergleiten der Steuerkanten 73
in Fig. 2 über die Steuerkanten 74 in Fig. 6, wonach die zum Zylinder I gehörige
Durchbrechung 23 durch die in Fig. -2 im Uhrzeigersinn nach der Durchbrechung 18
folgende Dichtfläche 17 abgeschlossen ist. Zu diesem Zeitpunkt wird in den Zylindern
I das Ablaßventil 66 geöffnet, und der größte Teil der Verbrennungsgase entweicht
durch dieses und durch den Ringkanal 37 hindurch. Es werden außerdem in den Zylindern
I die Zulassungsventile 67 für explosibles Kraftstoffgemisch geöffnet, dieses wird
durch den Kompressor in den Verbrennungsraum gedrückt, wodurch gleichzeitig in b°kannter
Weise auch noch die restlichen Abgase aus dem Verbrennungsraum ausgetrieben -werden.
Dann «erden die AblaB-ventile 66 der Zylinder I geschlossen.
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B; i noch weiterer Drehung des Drehschiebers im Sinn des Pfeils in
Fig. 2 treten nun die nach den Zy lindern I hin führenden Durchbrechungen 23 der
L`mformerscheibe in Verbindung mit den Lücken 2i des Drehschiebers. Von dem Über,-leiten
der Steuerkante 7 5 am Drehschieber über die den Zylindern I zugeordneten Steuerkanten
7 2 bis zum Übergleiten der Steuerkanten 76 des Drehschiebers über die den Zylindern
I zugeordti2ten Steuerkanten 7q. tritt durch die Lücken 21 hindurch (s. Fig. i untere
Darstellung) die vom Turbinenlaufrad herkommende Treibflüssigkeit, zu deren Führung
auch noch ein Ring 77 (Fig. i) vorgesehen sein kann, nachdem sie vor dem Zutritt
zu den Lücken 2i auch die mittige Durchbrechung des Drehschiebers 16 durchflossen
hat, in' die Treibflüssigkeitsaufnahmeräume der Arbeitszylinder i und drückt die
Kolben derselben, in yFig. i gesehen nach rechts, derart zurück, daß die Kraftstoffgemischladung
in diesen Zylindern verdichtet wird. Die Zulaßventile 67 dieser Zylinder können
dabei ganz zu Anfang noch etwas geöffnet sein, so daß vom Kompressor her eine besonders
vollständige Ladung der Verbrennungsräume erfolgt. Anschließend an die Lücken 21
gleitet an den Zylindern I die gegen den Uhrzeigersinn neben jeder Durchbrechung
18 gelegene Dichtungsflüche 17 über die Öffnung 23 hinweg, bis die Steuerkante 71
wieder über die Steuerkante 72 wegtritt, womit das beschriebene Arbeitsspiel an
den Zylindern I von neuem beginnt. Durch die Anordnung von Dichtungsflächen 17 links
und rechts von den Durchbrechungen 18 ist während der Arbeitsbewegungen der Kolben
2 seitlich von den Durchtrittsöffnungen 23 eine Überdeckung geschaffen.
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Es ist ferner ohne weiteres ersichtlich, daß nacheinander dieselben
Vorgänge auch bei den Zylindern II und III jeder Zylinder I, II und III enthaltenden
Gruppe eintreten, «-elche bei Weiterdrehen des Drehschiebers 16 mit dessen Durchbrechungen
i5 und Lücken 21 eben in die nämlichen Zuordnungen kommen wie vorher die Zylinder
I.
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Während der Rückströmung der Treibflüssigkeit durch die Lücken 21
wirkt dieselbe bei der Ausführungsform nach Fig.2 und i unten mit Hilfe der Schaufeln
[8 und Flächen 5o antreibend auf den Drehschieber 16. Die Flüssigkeitsstauung an
diesen Flächen begünstigt dabei auch noch das gute Rückströmen der Treibflüssigkeit
in die Arbeitszylinder.
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y Bei der in dieser Hinsicht besonders günstigen gezeichneten Ausführungsform
sind
die Lücken 21 verhältnismäßig breit im Verhältnis zu den Durchbrechungen
18 und 23, so daß eine verhältnismäßig lange Zeit für die Rückführung der
Treibflüssigkeit in die Arbeitszylinder zur Verfügung steht. Es ist klar ersichtlich,
daß, wenn man diese Lücken 21 schmäler macht, durch beispielsweise vier Durchbrechungen
18, auch nur beliebig weniger als zwölf Zylinder, z. B. acht Zylinder, gesteuert
werden können. Das ist allerdings für das Rückströmen der Treibflüssigkeit in die
Arbeitszylinder weniger günstig, fällt aber doch in den Rahmen der Erfindung. Ebenso
ist es selbstverständlich, daß die Ausführung der erfindungsgemäßen Maschine nicht
an die beispielsweise Zylinderzahl von zwölf und die beispielsweise Anzahl von vier
beiden Durchbrechungen 18 gebunden ist, sondern außer mit einer beliebig
kleineren auch mit einer beliebig größeren Anzahl von Zylindern i und Durchbrechungen
i8 ausgeführt werden kann. Ein ganzzahliges Verhältnis der Anzahl von Arbeitszylindern
i zur Anzahl der Durchbrechungen 18 und eine große Anzahl von Arbeitszylindern ist
für gleichmäßige Beaufschlagung des Laufrads 9 und eine erhebliche Anzahl von Arbeitszylindern
für Erzielung einer großen Kraftausbeute im, Verhältnis zu Gewicht und Größe der
Maschine aber besonders vorteilhaft. Ferner ist es selbstverständlich, daß die Erfindung
nicht an die gezeichnete Ventilsteuerung gebunden ist, sondern daß jede beliebige
Steuerung, auch z. B. Schiebersteuerung, angewendet werden kann.
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Die Regelpinole 42 ist in Fig. i derart eingestellt, daß der größtmögliche
Zugang zum Turbinenlaufrad frei ist. Schiebt man sie gegen das Laufrad hin vor,
so wird dieser Zugang verengt, und zwar in strömungstechnisch günstigster Weise
infolge der Zylinderform des aus dem Leitrad ausgeschobenen Pinolenteils und der
damit zusammenarbeitenden ringförmigen Lawfradwandung des Ringhohlraumes 5q.. Der
Verengung des Eintritts in das Laufrad durch das Ausschieben der Pinole entspricht
eine Vergrößerung der Geschwindigkeit der Treibflüssigkeit am Eingang zum Laufrad
im Verhältnis zur Verschiebegeschwindigkeit der Arbeitskolben 2. Ein Ausschieben
der Regelpinole ist also zunächst günstig, wenn die Umdrehungszahl von der Lauf
radwelle 12 auf die Steuerwelle 34 stark untersetzt ist. Außerdem ergibt die Verschiebbarkeit
der Steuerpinole überhaupt eine stufenlose Regelmöglichkeit der Umdrehungszahl der
Maschine. Sind Laufrad 9 und Steuerschieber 16 nicht in einem jeweils festen Verhältnis
zueinander gekuppelt, wie gezeichnet, oder ist eine solche Kupplung ausgerückt,
so daß der Antrieb des Steuerschiebers 16 nur durch seine Beschaufelung 48 und die
Flächen 5o erfolgt, so ergibt sich überhaupt eine selbsttätige Anpassung der Geschwindigkeit
der Kolben 2 an die Eintrittsgeschwindigkeit der Treibflüssigkeit in das Laufrad
9 in dein Sinn, daß je größer z. B. diese Eintrittsgeschwindigkeit durch Ausschieben
der Pinole wird, um so kleiner im Verhältnis die Kolbengeschwindigkeit werden kann.
Man kann also z.. B. bei geringer nötiger Kraftabgabe, wie bei Fahrzeugen auf Gefällen,
bei Rückenwind, auf der Autobahn u. dgl., die Maschine mit sehr hoher Umdrehungszahl
und sehr geringer Kolbenhubzahl laufen lassen, wobei die Regelpinole ausgeschoben
ist, bei Bedarf an großer Durchzugskraft dagegen kann man die Arbeitskolben 2 rasch
laufen lassen bei vollständig in das Leitrad zurückgezogener Regelpinole 4z.
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Eine eigene Kühlung ist bei der gezeichneten Maschine nicht dargestellt;
sie kann auch häufig entbehrt werden, da die stets umlaufende Treibflüssigkeit auch
die Arbeitszylinder kühlt. Eine besondere Kühlung kann aber auch angebracht werden,
z. B. indem man den dann wesentlich stärker auszuführenden Flansch q. mit einem
Hohlraum für ein durchzuleitendes Kühlmittel versieht.
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Die Zeichnung zeigt auch noch, daß bei der erfindungsgemäßen Maschine
weitestgehend mit Wälzlagern auszukommen ist und so an Fremdmetall für Gleitlager
gespart werden kann.