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Publication number: DE83211C
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Description

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung stellt eine geschlossene Heifsluftmaschine dar, bei welcher die Luft abwechselnd durch die Verdrängung von einem kalten nach einem heifsen Raum und umgekehrt strömt, wodurch dieselbe erhitzt und abgekühlt wird. Die Luft wirkt durch ihre abwechselnden Temperatur-, Spannungs- und Volumenveränderungen auf einen Kolben ein, welcher sich in einem gesonderten Cylinder bewegt.The subject of the present invention is a closed hot air machine, in which the air alternates by displacing from one cold to one hot space and vice versa, whereby it is heated and cooled. The air acts through its alternating changes in temperature, tension and volume a piston which moves in a separate cylinder.

Die Maschine ist hauptsächlich durch die Einrichtung gekennzeichnet, in welcher sich die Zustandsveränderungen der eingeschlossenen Luft vollziehen, und welche nicht nur die schädlichen Räume, den Umlauf der eingeschlossenen Luft von dem einen nach dem anderen Räume, den directen Uebertritt der Wärme zwischen den beiden gegenüberliegenden Räumen und die Perioden der Compression in entgegengesetztem Sinne fast vollständig aufhebt, sondern auch gleichzeitig gestattet, eine gröfsere Geschwindigkeit in dem Uebergange von Kalt nach Warm zu gewährleisten, die Wechseloberflächen und deren Wirksamkeit zu vergröfsern und den Verdrängern bei dem geringsten Aufwand an Arbeit die möglich schnellste Bewegung zu ertheilen.The machine is mainly characterized by the device in which which changes the state of the trapped air, and which not only those harmful spaces, the circulation of the enclosed air from one space to the other, the direct passage of the Heat between the two opposite spaces and the periods of compression in the opposite sense almost completely cancels, but also at the same time allows one to ensure greater speed in the transition from cold to warm To enlarge interchangeable surfaces and their effectiveness and the displacers in the to impart the fastest possible movement with the least amount of work.

Die erwähnte Einrichtung besteht aus einer cylindrischen Luftkammer A mit sehr widerstandsfähigen Wandungen, welche durch die Verbindung zweier kegelförmig gestalteten Pfannen C C¹ gebildet wird und durch einen kurzen Kanal mit dem einen Ende des Arbeitscylinders verbunden ist. Der Boden jeder an
geschlossenThe device mentioned consists of a cylindrical air chamber A with very resistant walls, which is formed by the connection of two conical shaped pans CC ¹ and is connected to one end of the working cylinder by a short channel. The floor everyone at
closed

Pfanne dient einer Anzahl kegelförmig gestalteter Röhren D als Träger, welche einerseits mit der Luftkammer A verbunden und andererseits, d. h. ihrem Ende mit geringerem Durchmesser sind.The pan is used as a carrier for a number of conical tubes D, which are connected on the one hand to the air chamber A and on the other hand, ie their ends, have a smaller diameter.

In der Luftkammer sind zwei starke Scheiben (Kolben) EE¹ angeordnet, deren Durchmesser um weniges kleiner ist als derjenige des Bodens der Pfannen, auf welchen sich die zugehörige Scheibe leicht aufsetzen kann wie ein grofses Ventil auf seinen Sitz. Jede Scheibe dient einer Anzahl Röhren D¹ als Träger, welche an beiden Enden geschlossen und derart angeordnet sind, dafs sie sich in die zugehörigen, kegelförmig gestalteten Röhren D des feststehenden Bündels schieben können und am Ende des einen Hubes den Hohlraum derselben genau ausfüllen. In the air chamber there are two strong discs (pistons) EE ¹ , the diameter of which is slightly smaller than that of the bottom of the pans, on which the corresponding disc can easily be placed like a large valve on its seat. Each disc serves a number of tubes D ¹ as a carrier, which are closed at both ends and arranged in such a way that they can slide into the associated, conically shaped tubes D of the fixed bundle and at the end of one stroke fill the cavity of the same exactly.

Jedes dieser zweiten Röhrenbündel verschiebt sich in die Luftkammer und in das zugehörige feststehende Bündel, und zwar wird diese Verschiebung von aufsen vermittelst einer Stange F bezw. zweier Stangen F¹ F¹ durch die Steuerung bewirkt, welche auf der Triebwelle der Maschine gelagert ist. Die durch die Steuerung bewirkte Bewegung ist derart, dafs sich die Scheiben (Kolben) i?und E¹ und ihre Röhren D¹ allmälig und nach einander bewegen, wobei sie die Luftkammer mehr oder weniger durchlaufen, ohne weder an einander noch auf ihren Sitz zu stofsen, und dafs der Wärmeaustausch sich nur in demselben Augenblicke vollzieht, in welchem der Arbeitskolben dem Ende seines Hubes sehr nahe gekommen ist, so dafs jedeEach of these second tube bundle moves into the air chamber and into the associated fixed bundle, and this shift is from the outside by means of a rod F or. two rods F ¹ F ¹ caused by the control, which is mounted on the drive shaft of the machine. The movement effected by the control is such that the disks (pistons) and E ¹ and their tubes D ¹ move gradually and one after the other, traversing the air chamber more or less without approaching each other or their seat and that the heat exchange takes place only at the same moment in which the working piston has come very close to the end of its stroke, so that each

Periode vorzeitig eintretenden Gegendruckes vermieden wird und die Kammer A nur dann nach einem feststehenden Röhrenbündel oder Cylinder offen ist, nachdem das andere feststehende Bündel durch den zugehörigen Scheibenkolben mit dem beweglichen Bündel von der Luftkammer abgeschlossen worden ist.Period of prematurely occurring counterpressure is avoided and the chamber A is only open to a fixed tube bundle or cylinder after the other fixed bundle has been closed by the associated disc piston with the movable bundle of the air chamber.

Die gekennzeichnete Einrichtung wirkt nur auf eine einzige Seite des Arbeitskolbens ein, welch letztere nur dann mit doppelter Wirkung arbeitet, wenn zwei gleiche Einrichtungen, d. h. eine auf jeder Seite des Arbeitscylinders vorhanden sind.The marked device only acts on one side of the working piston, which latter only works with double effect when two identical devices, i.e. H. there are one on each side of the working cylinder.

Die Heifsluftmaschine ist auf den Zeichnungen in einer Ausführungsform als liegende Zwillingsmaschine zur Darstellung gebracht, und zwar ist:The hot air machine is on the drawings in one embodiment as a horizontal twin machine presented, namely:

Fig. ι ein Horizontalschnitt durch den linken und ein Grundrifs des rechten Theiles der symmetrischen Gesammtanordnung,Fig. Ι a horizontal section through the left and a Grundrifs of the right part of the symmetrical overall arrangement,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Maschine, theilweise im Verticalschnitt,Fig. 2 is a partial side view of the machine in vertical section,

Fig. 3 ein verticaler Querschnitt der Fig. i,Fig. 3 is a vertical cross section of Fig. I,

Fig. 4 ein Längsschnitt durch eine Ausführungsform der oben erwähnten Röhren, wobei die äufsere, feststehende Röhre durch eine abnehmbare Röhre gegen die Stichflammen des Feuers geschützt ist,Fig. 4 is a longitudinal section through an embodiment of the above-mentioned tubes, wherein the outer, fixed tube by a removable tube against the flame of the Is protected from fire,

Fig. 5 ein Längsschnitt. durch eine zweite Ausführungsform dieser Röhren undFig. 5 is a longitudinal section. through a second Embodiment of these tubes and

Fig. 6 eine schematische Darstellung der gegenseitigen Stellungen der Verdrängerscheiben bezw. Kolben und des Arbeitskolbens.6 shows a schematic representation of the mutual positions of the displacement disks respectively Piston and the working piston.

Die Luftkammer A, welche, wie schon erwähnt, mit dem einen Ende des Arbeitscylinders B verbunden ist, besteht aus zwei kegelförmig gestalteten Pfannen C, welche mittelst ihrer Flantschen C¹ und Bolzen verbunden sind. Die starken Böden dieser Pfannen tragen die ebenfalls kegelförmig gestalteten Röhren D, welche einerseits mit dem Innern der Kammer A verbunden und andererseits geschlossen sind. Diese Röhren sind von Mänteln Y bezw. Y¹ umgeben und werden einerseits durch directe Unterfeuerung (s. Fig. 3) oder durch zugeleitete Heizmittel von aufsen erhitzt, andererseits durch Wasserkreislauf, Verflüchtigung von Flüssigkeit oder in anderer geeigneter Weise von aufsen gekühlt. Ersleres Röhrenbündel bildet somit den Heifsluftcylinder, letzteres den Kaltluftcylinder.The air chamber A, which, as already mentioned, is connected to one end of the working cylinder B , consists of two conically shaped pans C , which are connected by means of their flanges C ¹ and bolts. The strong bottoms of these pans carry the likewise cone-shaped tubes D, which on the one hand are connected to the interior of the chamber A and on the other hand are closed. These tubes are respectively of jackets Y. Y ¹ surround and are heated from the outside by direct underfiring (see Fig. 3) or by supplied heating means, on the other hand by water circulation, volatilization of liquid or otherwise cooled from the outside. The first tube bundle thus forms the hot air cylinder, the latter the cold air cylinder.

In der Kammer A sind zwei starke Scheibenkolben E und E¹ angeordnet, deren Durchmesser um weniges kleiner ist als der zugehörige Boden der Kammer. Diese Scheiben sind mit geschlossenen Röhren D¹ ausgerüstet, welche der Anzahl und in ihrer äufseren Form dem Innern der mit der Kammer fest verbundenen Röhren D genau entsprechen, in welche sie sich hineinschieben, und welche sie am Ende des Hubes vollkommen ausfüllen.In the chamber A two strong disc pistons E and E ¹ are arranged, the diameter of which is slightly smaller than the associated bottom of the chamber. These disks are equipped with closed tubes D ¹ , which correspond exactly to the number and in their outer shape to the interior of the tubes D firmly connected to the chamber, into which they slide and which they completely fill at the end of the stroke.

Die Stangen F und F¹ der Verdrängerscheiben ED¹ und E¹D¹ sind durch den Mantel F¹ des Kaltluftcylinders und durch in den Boden desselben gepackte Stopfbüchsen h^l,h,h^l nach hinten geführt und aufsen mit Rahmen/¹,/,/¹ und Rollen G¹, G, G¹ und G₁', G₁, G₁' ausgerüstet, welche durch auf der Triebwelle N festgekeilte Daumenscheiben H\ H₇ H¹ derart bethätigt werden, dafs sie die Scheiben E und E¹ und die Röhren D¹, welche an den letzteren befestigt sind und als Verdrängerkolben dienen, abwechselnd in dem einen oder anderen Sinne bewegen.The rods F and F ^{1 of} the displacement disks ED ¹ and E ¹ D ¹ are guided to the rear through the jacket F ^{1 of} the cold air cylinder and through stuffing boxes h ^l , h, h ^l packed in the bottom of the same and on the outside with frames / ¹ , /, / ¹ and rollers G ¹ , G, G ¹ and G ₁ ', G ₁ , G ₁ ', which are operated by thumb disks H \ H ₇ H ¹ wedged onto the drive shaft N in such a way that they move disks E and E ¹ and the tubes D ¹ , which are attached to the latter and serve as displacement pistons, move alternately in one sense or the other.

Wie schon erwähnt, sind auf den Zeichnungen zwei gleiche Einrichtungen veranschaulicht , zwischen welchen der Arbeitscylinder angeordnet ist, welcher an seinem einen Ende mit der Kammer der einen dieser Einrichtungen und an dem entgegengesetzten Ende mit der Kammer der anderen Einrichtung verbunden ist, so dafs der Kolben P einen Antrieb sowohl in der einen als in der anderen Richtung abwechselnd erhält.As already mentioned, two identical devices are illustrated in the drawings , between which the working cylinder is arranged, which at one end connected to the chamber of one of these devices and at the opposite end to the chamber of the other device so that the piston P receives a drive alternately in one direction as well as in the other.

Die Verdrängerscheiben ED¹ und E¹ D¹ und der Arbeitskolben P befinden sich in den in Fig. ι gezeichneten Stellungen und die Luft in der Kammer A besitze ihre Anfangsspannung von ca. ι Atm. Wird nun die Maschine von Hand in Gang gesetzt, indem z. B. die Stangen F¹F¹ nach einwärts gestofsen werden, so nehmen die Scheiben E und E¹ mit den Verdrängerkolben D¹ nach einander die in Fig. 6 mit den Ziffern 1 bis 6 bezeichneten Stellungen ein, welchen jeweils die Stellungen I bis VI des Kurbelzapfens und des Arbeitskolbens entsprechen. The displacement disks ED ¹ and E ¹ D ¹ and the working piston P are in the positions shown in FIG. 1 and the air in the chamber A has its initial tension of approx. 1 atm. If the machine is now started by hand by z. For example, if the rods F ¹ F ¹ are pushed inwards, the disks E and E ¹ with the displacement piston D ¹ successively assume the positions indicated by the numbers 1 to 6 in FIG. 6, each of which is the positions I to VI of the crank pin and the working piston.

Die Scheibe E¹ mit den an ihr befestigten Verdrängern D¹ entfernt sich nach der Ingangsetzung der Maschine unter der Einwirkung der Daumen H¹ auf die Stangen .F¹ rasch von ihrem Sitz, wobei die in der Kammer A und in dem Arbeitscylinder B eingeschlossene Luft in die Röhren D des Kaltluftcylinders gedrängt wird. Am Ende ihres Hubes hält die Scheibe einen Augenblick an, worauf sie ihre Bewegung umkehrt und ihre Anfangsstellung einnimmt, sobald der Arbeitskolben P seinen Rückwärtsgang vollendet hat und die Bewegung nach vorn beginnt.The disk E ¹ with the displacers D ¹ attached to it moves away from its seat quickly after the machine is started under the action of the thumbs H ¹ on the rods .F ¹ , the air trapped in the chamber A and B in the working cylinder is forced into the tubes D of the cold air cylinder. At the end of its stroke, the disc stops for a moment, whereupon it reverses its movement and assumes its initial position as soon as the working piston P has completed its reverse gear and begins to move forward.

Genau in demselben Augenblicke, in welchem der Arbeitskolben seine Bewegungsrichtung ändert, wirkt der Daumen H derart auf die Stange F ein, dafs die Scheibe E schnell sich von ihrem Sitz entfernt und die Luft in die Röhren D des Heifsluftcylinders gedrängt wird, kurz nachdem die beweglichen Röhren D¹, welche an der Scheibe E¹ befestigt sind, die feststehenden Röhren D vollkommen ausfüllen, welche den nun durch die Scheibe E¹ verschlossenen Kaltluftcylinder bilden.Exactly at the same moment in which the working piston changes its direction of movement, the thumb H acts on the rod F in such a way that the disk E quickly moves away from its seat and the air is forced into the tubes D of the hot-air cylinder shortly after the movable ones Tubes D ¹ , which are attached to the disk E ¹ , completely fill the stationary tubes D , which form the cold air cylinder now closed by the disk E ^1.

Die dünne Lufthülle, welche zwischen je zwei Röhren D. und D¹ dringt, .wird erhitztThe thin envelope of air which penetrates between two tubes D. and D ¹ is heated

Claims

and quickly assumes a high voltage. The working piston, which has then started its forward movement, receives a powerful drive as a result and follows its path to a certain point. The disk E with its displacers now quickly returns to its seat and expansion then takes place with the hot and cold air cylinder closed. Shortly before the working piston has completed its forward movement, the disk E1 actuated by the rods F1F1 lifts off its seat and pulls the displacers jD1 with it, which transports the air in the chamber A into the open cold air cylinder, i. H. pushes between the tubes D and the displacer jD1. The air is thereby energetically cooled, and its tension returns to its initial value the moment the working piston completes its reverse gear. Now the individual work processes of the closed sphere of activity are repeated in the same prescribed manner. If the machine is to act twice, it is sufficient to connect another of the same machine as described, which is placed to the right of the cylinder, which is then closed at both ends, and connected to the other end of the cylinder. The changes in temperature, volume and tension occur in the opposite sense in the machine on the right as the same changes in the machine on the left; H. such that the tension on one side of the piston P increases while it decreases on the other side. In order to be able to adapt the work of the machine to the resistances, i. H. In order to control the machine, special devices are arranged, which are illustrated by FIGS. 1 and 2 and which allow the stroke of the disks E and J? 1, especially of the latter, to be varied, which distributes the heat. The spur gear Q, which can be operated by means of the handwheel and which engages in the wide drive R, serves this purpose; the latter is screwed onto the guide rod of the roller G1 in such a way that this roller is drawn more or less into or out of the area of action of the thumb H according to the rotation of R given by Q. The machine is started using the hand lever /; the same is connected to the cross member K which, when the lever is pulled, sets the gears L in rotation by means of two pawls e (FIG. 1). The pawls are not engaged with the wheels when the machine is running normally. Any control that works in the same way can be used in place of the control described. The machine is reversed by means of the long lever O, which is rotatably mounted on the frame and is connected to a cross rod N at the other end. The latter actuates two claw couplings M M1 on both sides of the crank, which are connected by wedges g sliding in the longitudinal grooves of the main shaft, so that one of the coupling sleeves is in engagement with one thumb H1, while the other sleeve is not in engagement with the other thumb by connecting the drive shaft alternately with one or the other of the thumbs H1 by means of noses j of the sleeves. In order to protect the conical tubes D from the flashes of flames, they can be individually surrounded by jackets D1, as shown in FIG. 4 on an enlarged scale; The displacement tubes D and D1 according to FIG. 5 can also be connected to tubes d in order to enlarge the heating and cooling surfaces. Patent claims:

1. Closed hot air machine with working cylinder separated from the displacer, characterized in that two pistons come into effect alternately in the displacer cylinder, one (E) of which the working air in and out of the fire pot and during the power stroke of the working piston during the standstill of the other (E ¹ ) creates to the working cylinder and then remains in the outermost position until the other (E ¹ ) has conveyed the exhaust air from the working cylinder into the cold cylinder and from this into the displacer during the return stroke of the working piston.

2. Closed hot air machine according to claim i, characterized by the connection of conical displacement tubes (D ¹ ) to the displacement piston, which tubes in the correspondingly conical tubes (D) of the heating BEZW. Fit tightly into the refrigerator compartment.

1 sheet of drawings.