DE80539C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21: Elektrische Apparate.

ADOLF KOLBE in FRANKFURT a. M.

Wärmetriebmaschinen.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 2. März 1894 ^a^·

Wird bei Wärmekraftmaschinen, um einen höheren thermischen Wirkungsgrad zu erlangen, gröfsere Kompression und Expansion der Arbeitsflüssigkeit angewendet (s. Grashof, Theorie der Kraftmaschinen, 1890, § 143, S. 885), so treten in dem Schubkurbelgetriebe gewaltige Belastungen und damit Arbeitsverluste durch Reibung auf, die den mechanischen Wirkungsgrad erheblich herabdrücken. Die Belastung des Schubkurbelgetriebes durch die übertragene Nutzarbeit ist dabei verhältnifsmäfsig gering.

Nun kann man unterscheiden zwischen Expansion mit Wärmezufuhr und Expansion ohne Wärmezufuhr. Der Unterschied zwischen beiden ergiebt bekanntlich die durch die Verbrennung des Heizstoffes nach aufsen durch das Schubkurbelgetriebe abzugebende Nutzarbeit. Die Expansionsarbeit ohne Wärmezufuhr, etwa bei Leerlauf der Maschine, ist, abgesehen von Verlusten, durch Strahlung, Abkühlung, Reibung u. s. w. bekanntlich gleich der Kompressiönsarbeit, beides sind gleiche Arbeitsgröfsen — in der ideellen Maschine — aber mit verschiedenen Vorzeichen in wechselnden Zeitperioden; man kann sie als innere Arbeiten der Maschine bezeichnen.. Diese Arbeiten, die, wie erwähnt, ein Vielfaches der Nutzarbeit werden können bei der Theorie entsprechend gebauten Maschinen, brauchen nun keineswegs. auf das Schubkurbelgetriebe übertragen zu werden, wie es bisher gebräuchlich war.

Die vorliegende Erfindung giebt das Mittel an, jene schädliche Belastung des Schubkurbelgetriebes — oder einer anderen Anordnung zur Uebertragung der Nutzarbeit, z. B. Zahnstange und Zahnrad — zu vermeiden. Es wird nämlich Kompressionsdruck und Expansionsdruck (ohne Wärmezufuhr), jene inneren Arbeitsgröfsen, sofort und unmittelbar, ganz oder theilweise ausgeglichen, Und zwar durch die Gegenwirkung magnetischer bezw. elektrischer Anziehung oder Abstofsung.

Zur Erzeugung dieser Wirkung gehören, wie bekannt, zwei Theile im allgemeinen: der eine erzeugt ein magnetisches Feld —^:' Stahlmagnet, Elektromagnet, stromdurchflossener Leiter —, der andere wird von den Kraftlinien des ersteren anziehend oder abstofsend beeinflufst — Eisenanker, Stahlanker, Elektromagnet oder stromdurchflossener Leiter.

Da nun . im allgemeinen die Arbeitsleistung sich äufsert durch Volumenänderung des Cylinders, also durch gegenseitige Verschiebung des Cylinderbodens und eines Kolbens, so ist der eine der erwähnten magnetischen oder elektrischen Theile mit dem Cylinder, der andere mit dem Kolben zu verbinden. Ob diese Verbindung mittel- oder unmittelbar, z. B. statt mit dem feststehenden Cylinder, mit dem Gestell der Maschine erfolgt, ist gleichgültig·

Mit Hülfe der beiliegenden schematischen Zeichnungen möge die neue Anordnung näher erläutert werden.

In Fig. ι stellt K einen Kolben dar in dem Cylinder Z\ in letzterem sollen die. »inneren« Arbeiten geleistet werden. Der Kolben sei in bekannter Weise durch ein Schubkurbelgetriebe mit dem Schwungrade R verbunden. Von der Darstellung und Behandlung der Art der Verbrennung, der Zufuhr der Heizstoffe, der Steuerungsvorrichtungen u. s. w., werde abgesehen, da die neue Ausgleichvorrichtung für die inneren Arbeiten sich an den verschiedensten Maschinen anbringen Iä'fst. Es soll auch kein Unterschied zwischen sogen, isothermischer und adiabatischer Kompression und Expansion gemacht werden. Mit der Kolbenstange G ist ein Eisenanker A verbunden; dieser Anker schwingt in dem magnetischen Felde des Magneten M derart, dafs mit Zunahme des Compressionsdruckes im Cylinder auch die magnetische Anziehung zwischen M und A sich steigert.

Durch passende Form oder Lage des Ankers oder des Magneten, entsprechende Regelung des Erregerstromes der Stromquelle B (hier Batterie, sonst auch elektrische Maschine oder dergleichen) hat man es in der Hand, die Kurve der magnetischen Anziehung mehr oder weniger mit der Kompressionskurve zusammenfallen zu lassen.

Es ist nun ohne Weiteres leicht einzusehen, dafs auf diese Weise die innere Arbeit ausgeglichen werden kann im Momente ihres Entstehens und in ihrem ganzen Verlaufe; das Schubkurbelgetriebe, d. h. im besonderen die Gelenke des Kreuzkopfes, der Kurbel, die Geradführung, die Lager des Schwungrades sind somit mehr oder weniger von der inneren Arbeit entlastet.

Nach Fig. 2 sind M und A vertauscht; in Fig. 3 ist die Anwendung einer Spule S und eines Eisenankers A dargestellt; in Fig. 4 erfolgt die Anziehung zwischen zwei Spulen. Von diesen Grundformen ausgehend, kann man unzählige Ausführungsformen entwickeln; es möge von diesen nur eine besondere Art herausgegriffen werden.

Nach Fig. 5 ist das Schwungrad selbst als Magnet ausgebildet; es besteht beispielsweise aus zwei auf der Welle aufgekeilten eisernen Scheiben H (die vordere ist sichtbar, das Schubkurbelgetriebe ist nicht gezeichnet), zwischen welchen in bekannter Weise eine Erregungswickelung angebracht ist. Bei den Schwingungen des Kolbens K nähern oder entlernen sich nun der Eisenanker A der hier verfängerten Kolbenstange G und das Magnetschwungrad H gegenseitig. Der Vorgang und die Art der magnetischen Anziehung läfst sich im übrigen auf die Fig. 1 zurückführen. Durch entsprechende Gestaltung des als Pol wirkenden Umfanges von H, wie es beispielsweise in der Fig. 5 angedeutet, kann in Bezug auf den Kolben die Ausgleichung für die eine Bewegungsrichtung, z. B. also für Kompression, verschieden gemacht werden von der für die Expansion.

Die Ungleichheit der Ausgleichung kann auch herbeigeführt werden durch periodische Aenderung der Erregung der Magnete bezw. der Spulen oder Anker, sei es durch Einschalten von Widerständen oder ähnlichem, oder durch Anwendung von Wechselströmen oder Gleichströmen, welche periodisch ab- und zunehmend unmittelbar geliefert werden von einer entsprechend gebauten Erzeugermaschine, die vom Schwungrade synchron betrieben wird.

An dem Wesen der Erfindung wird nichts geändert, wenn der Cylinder beweglich gemacht wird und der Kolben feststeht; es sind, wie eingangs erwähnt, eben beide Theile, welche zur Ausgleichung auf einander einwirken, zu verbinden mit denjenigen'Maschinentheilen, zwischen welchen der Kompressionsdruck bezw. der Expansionsdruck sich äufsert. Also kann man auch die Neuerung anwenden auf den Fall, wo z. B. der Cylinder feststeht und zwei Kolben sich darinnen gegen bezw. von einander bewegen; da können dann natürlich die beiden zusammengehörigen Ausgleichtheile je an einem der Kolben angebracht sein. Der eine Kolben kann mit dem Anker A, der andere mit dem Magneten M oder der Spule S u. s. w. verbunden sein.

Man kann auch noch weitergehen und die Arbeitsflüssigkeit in dem einen Räume oder Cylinder komprimiren, in einem anderen expandiren lassen; dazu können auch noch mehr wie zwei Cylinder verwendet werden; es kann ferner die Kompression und Expansion »mehrstufig« erfolgen und entweder bei allen Cylindern oder nur bei einem, z. B. dem für die höchsten Drucke, die Ausgleichanordnung angebracht werden. In dem oben erwähnten Falle mit zwei in demselben Cylinder sich bewegenden Kolben kann der eine Kolben nach vollzogener Kompression stehen bleiben, der andere darauf sich zur Expandirung der Arbeitsflüssigkeit bewegen.

Die Ausgleichvorrichtungen können auch Theile des Kolbens oder des Cylinders selbst sein. Die einfachste Form würde beispielsweise durch Verwendung des eisernen Kolbens als Anker A erzielt werden, der Magnet M, Fig. 6, könnte den aus nicht magnetischem Stoffe bestehenden Cylinder Z umfassen, oder es könnte um den Cylinder eine Spule gewickelt sein, oder die passend ausgeführte Spule könnte selbst als Cylinder verwendet werden u. s. w.

Schliefslich kann man die Ausgleichvorrichtungen auch da anwenden, wo ein eigentlicher Kolben fehlt und derselbe durch eine bewegliche Membran ersetzt ist, oder wo der Kolben

durch eine Flüssigkeit oder geschmolzenes Metall gebildet wird, die in dem Cylinder behufs Volumä'nderung bewegt werden.

Diese Beispiele mögen genügen, um die vielseitige Anwendung und Ausführbarkeit der Anordnung zu erläutern; es würde über den Rahmen einer Patentschrift hinausgehen, wollte man alle denkbaren Zusammenstellungen und Anwendungsweisen bei verschiedenen Maschinen anführen.

Man kann die Anordnung auch noch dahin erweitern, dafs das zur Ausgleichung gebildete magnetische Feld durch passende Anordnung zu inducirender Wickelungen zur unmittelbaren Erzeugung elektrischer Ströme mitverwendet werden kann, indem man die im Magnetfelde schwingenden Theile noch besonders mit elektrischen Leitern versieht oder die bei gewissen Ausführungen entstehenden Schwingungen der Kraftlinien des Ausgleichmagneten mitbenutzt zur Induction in elektrischen Leitern.

Nach Fig. 7 ist es nur nöthig, den Anker A mit einer Wickelung w zu versehen, dann werden durch die Schwingungen von A bezw. von w im Magnetfelde, wie bekannt, in n> Ströme erzeugt; oder nach Fig. 8 kann die Wickelung w auch auf den Magnetpolen angebracht sein. Schliefslich kann Fig. 9 den auf einander wirkenden Elektromagneten, Spulen u. s. w. eine solche Form gegeben werden, dafs selbst in den von Gleichstrom aus B durchflossenen Erregerspulen n> Ströme infolge der Schwingung der Kraftlinien inducirt werden, die, weil Wechselströme, aus der Gleichstromleitung durch Einschalten eines Stromwandlers T (oder auch Condensators) in bekannter Weise in den Verbrauchsstromkreis L als secundäre Ströme gesendet werden können.

Derart erzeugte Ströme können auch zur Zündung des explosiblen Gasgemisches, ferner zur Bethätigung oder Regelung der Steuerungsvorrichtungen verwendet werden.

Für den Fall des Ausbleibens der Kompression, etwa durch Versagen der Kolbendichtung, eines Ventils u. s. w., mufs natürlich auch möglichst die Wirkung der Ausgleichvorrichtung aufgehoben werden.

Dies geschieht durch Stromschwächung, Stromunterbrechung, Kurzschliefsen, Aenderung der Lage der ausgleichenden Theile, wie bekannt, und wird eingeleitet durch Gasdruckmefsgeräthe, welche mit dem Cylinderinnern in Verbindung stehen.

Statt einer einzigen Ausgleichvorrichtung können auch mehrere, in verschiedener Anordnung sogar, angewendet werden.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   ι. .Ausgleichvorrichtung für die Kompressionsund Expansionsarbeit von Wärmetriebmaschinen , bestehend aus zwei oder mehreren magnetisch oder elektrisch auf einander anziehend oder abstofsend wirkenden Theilen, welche die genannten (inneren) Arbeiten der Maschine unmittelbar ausgleichen und das Schubkurbelgetriebe oder ähnliche Anordnungen um diesen Betrag entlasten.
2. 2. Die unter 1. gekennzeichnete Ausgleichvorrichtung in einer solchen Ausführungsform, dafs das zur Ausgleichung gebildete magnetische Feld durch passende Anordnung zu inducirender Wickelungen zur unmittelbaren Erzeugung elektrischer Ströme mitverwendet wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.