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Verfahren und Vorrichtung zur Ausnutzung der Kraft sich ausdehnender
Gase und Dämpfe Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine nach .diesem Verfahren
.arbeitende Vorrichtung zur Ausnutzung der Kraft sich ausdehnender Gase und Dämpfe.
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Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die Vereinigung der folgenden
Verfahrensschritte: a) Es wird zwischen zwei konzentrisch gelagerten Trommeln von
verschiedenem Durchmesser ein an den Stirnseiten der Trommeln abgedichteter Ringraum
gebildet, der an .einer Stelle durch einen den Zwischenraum zwischen den beiden
Trommeln ajbdichtendenKurvenkörper ausgefüllt wird; .b) die kleinere der beiden
Trommeln ist auf einer Achse drehbar gelagert und mit einem Schieber ausgerüstet,
der invon ihr.getragenen radial angeordnetenFührungsbahnen verschiebbar ist und
durch einen in axialer Richtung sich erstreckenden Schlitz in der kleinen Trommel
hindurchragt; c) bei der Drehung der kleinen Trommel gleitet der Schieber an seiner
der Drehachse der Trommel zugekehrten Seite auf einer Kurvenbahn, die so geführt
ist, daß sie den Schieber mit seiner .anderen der Drehachse der Trommel abgekehrten
Seite abdichtend gegen :die innere zylindrische Fläche der großen Trommel bzw. gegen
die Kurvenbahn des Kurvenkörpers drückt, wobei der gesamte Ringraum zwischen seinen
zylindrischen und seinen Stirnflächen vom Schieher abdichtend unterteilt wird; d)
in den Teil des Ringraumes, der zwischen dem Schieber und dem Kurvenkörper liegt,
wird das Gas eingeführt und zur Explosion gebracht, oder es wird statt des Gases
gespannter Dampf eingeführt, wobei die Kraft des sich ausdehnenden Gases bzw. Dampfes
auf den Schieber drückt und ihn vor sich her schiebt unter gleichzeitiger Drehung
der Trommel, in der er verschiebbar angeordnet ist, so daß die Drehbewegurig
von
der sich drehenden Trommel durch entsprechende Zwischengetriebe .abgeleitet werden
kann.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß dem
sich ausdehnenden Gas oder Dampf die Möglichkeit gegeben wird, auf verhältnismäßig
langem Weg seinen Druck an :das von ihm: bewegte Maschinen@gliied abzugeben und
dabei keine hin und her gehende Bewegung desselben, sondern eine Drehbewegung hervorgerufen
wird.
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Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Vorrichtung ist
.in der Welse ausgebildet, daß eine drehbare kleinere Trommel vorgesehen ist mit
einem. in radialen Führungsbahnen verschiebbaren, .durch die Wand der Trommel sich
erstrekken:den Schieber sowie eine feststehende, konzentrisch :gelagerte größere
Trommel und zwischen beiden Trommeln der Ringraum an einer Stelle durch ein Kurvenstück
ausgefüllt wird, auf dem der Schieber gleitet, wobei die Steuerung des- Schiebers
bei der Drehung :der kleinen Trommel mit Hilfe eines innerhalb derselben vorgesehenen
weiteren Kurvenstückes erfolgt, .das so gestaltet ist, daß der Schieber bei der
Drehung der Trommel an .dem Kurvenstück bzw. an der inneren zylindrischen Wand der
großen Trommel abdichtend gleitet, und es sind ferner Einlaß- und Auslaßkanäle vorgesehen,
die zu beiden Seiten des! Scheitels des Kurvenstückes ihre Einmündunigen in den
Ringraum haben, und außerdem ist eine Zündvorrichtung vorgesehen, die sich in gewissem
Abstand vom Scheitel des Kurvenstückes befindet.
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Gemäß -weiterer Ausbildung der Erfindung ist die Anordnung getroffen,
daß Mittel vorgesehen sind, mit Hilfe derer der Abstand zwischen dem Scheitel des
Kurvenstückes und der Zündvorrichtung :geändert werden kann. Dadurch wird erreicht,
daß .durch entsprechende Einstellung .der Zündvorrichtung die Länge des Weges, währenddessen
die Füllung des Expansionsraumes erfolgt, verändert werden kann.
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Das Einlaßventil ist alfs Drehschieber ausgebildet und wird in Abhängigkeit
von der Stellung des in der kleinen Trommel angeordneten Schiebers ges:teuert Eine
besonders. einfache und zuverlässige Steuerung wird gemäß weiterer Ausbildung der
Erfindung erreicht, wenn, zur Steuerung des Drehschiebers eine Kurvenbahn vorgesehen
ist, die sich mit der Trommel dreht und in die ein. Führungsstift eingreift, der
mit .dem Drehschieber fest verbunden ist, so daß er seine Drehbewegung auf .diesen
überträgt, wobei die Kurvenbahn so geführt ist, daß der Drehschieber geöffnet ist,
wenn der Schieber in der kleinen Trommel über den Scheitel des- Kurvenstückes hinweggegangen
ist, und daß der Drehschieber geschlossen wird, -wenn der Schieber in der kleineren
Trommel im Bereiche der Zündvorrichtung .angelangt ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und eine nach diesem Verfahren arbeitende
Einrichtung ist an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
Es zeigt Fig. i eine Ansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der die Stirn-vand
der Trommel dem Beschauer zugekehrt :ist, Fig. 2 eine Seitenansicht von Fig. i,
Fig. 3 einen senkrechten Mittelschnitt von Fig. i, Fig. 4. einen senkrechten. Mittelschnitt
von Fig. 2. Die beiden seitlichen Gestenwandungen i und 2 tragen die Achse 4, die
fest mit ihnen verankert ist und auf der ein mittlerer Führungsnocken 5 verkeilt
ist.
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Auf der Welle 4 ist mittels der zu beiden Seiten angeordneten: Kugellager
6, 7 die Trommel 8 .drehbar gelagert. Zur Herbeifüh.rung der Drehung bzw. zur Ableitung
.der Drehbewegung ist an ihrer Nabe 9 das Kettenrad io befestigt.
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Das Gehäuse .der Trommel 8 kann irgendwie in bekannter Weise aus einzelnen
Teilen oder .als zusammenhängendes Gwßstück hergestellt werden.
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Die Trommel 8 ist, wie besonders aus Füg. 3 ersichtlich ist, innerhalb
des feststehenden zylindrischen Gehäuses b:zw. der größeren Trommel i i angeordnet.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese Trommel i i aus zwei Halbschalen
12, 13 zusammengesetzt, die an ihren Flanschen. 14 durch die Schrauben 15 zusammengehalten
werden. Die untere Halbschale 13 wird zwischen dem: Boden-oder Kurvenstück 16 und
dem Fundamentkörper 17 durch nicht mitgezeichnete Schrauben festgehalten.
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Im Kurvenstück 16 und Fundamentkörper 17 verlaufen die Kanäle 18 und
19. Je nachdem, ob d.ie Einrichtung mit expandierenden Gasen oder Dämpfen betrieben
wird, erfolgt die Zuleitung des Gases oder Dampfes durch :den Kanal 18 und die Ableitung
durch den Kanal i9.
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An den Stirnseiten der Trommel 8 sind Führungsbahnen 21 vorgesehen.
In diesen kann der Schieber 2,2 auf und ab gleiten. Er trägt (Fig.4) zur Verminderung
der Reibung am Führungsnocken 5 zwei Rollen 2:3, 24. Am gegenüberliegenden Ende
tritt der Schleiber 22 durch einen: entsprechenden Schlitz in der Trommel 8 hindurch.
Die Wand der Trommel 8 ist :an der Durchtritts:stelle zur besseren Abdichtung bei
25, 26 verstärkt ausgebildet. Das Kurvenstück 16 ist so ausgebildet, daß es dicht
an die äußere zylindrische Wand der Trommel 8 .her-. angeführt wird. Der zwischen
der Trommel 8 und der Trommel i i gebildete Ringraum 27 wird daher im Scheitel 28
des Kurvenstückes 16 gas- bzw. dampfdicht unterteilt.
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Wird .daher die Trommel 8 in der Pfeilrichtung gedreht, so gleitet
der Schieber 22 an der Kurvenbahn 29 des feststehenden Führungsnockens 5 entlang.
Er tritt dabei in den Ringraum 27 hinein und gleitet an der Kurvenbahn 3o des Kurvenstückes
16 entlang. Die beiden Kurvenbahnen 29, 30 sind aufeinander abgestimmt, so
daß der Schieber 22 unter Abdichtung über die Kurvenbahn 3o hinweggleitet. Ist der
Schieber 22 in seiner äußersten Stellung, dann gleitet er abdichtend an der inneren
zylindrischen Wand der Trommel i i, --nie es strichpunlztiert in Fig. 3 dargestellt
ist. Da der Schieber 22 auch an den Stirnseiten abdichtend anliegt, wird somit
in
dem Ringraum 27 zwischen dem Kurvenstück 16 und dem Schieber 22 ein Vakuum gebildet.
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Beim Betrieb ,der Einrichtung als '#lerbrennungskraftmaschine wird
nun der Drehschieber 31 so gesteuert, daß er den Kanal 18 durch seinen Schlitz 32
mit dem zwischen Schieber 22 und dem Kurvenstück 16 gebildeten Teildes Ringraumes
verbindet. Es wird daher Gas in diesen Ringraum 33 angesaugt, solange wieder Drehschieber
31 geöffnet ist.
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Bei der weiteren Drehung der Trommel 8 im Sinne des Uhrzeigers gelangt
.der Schieber .hinter die Zündvorrichtung 34, die irgendwie in bekannter Weise ausgebildet
sein kann, z. B. als normale, mit elektrischer Funkenstrecke betriebene Zündkerze
oder als Glühzündeinrichtung. Durch die Zündung erfolgt daher die Explosion des
anges:augten Gases. Da vor der Zündung das Ventil 31 wieder geschlossen wurde, kann
sich der Druck der expandierenden Gase nur auf den Schieber 22 auswirken. Da dieser
ein Teil der drehbar gelagerten Trommel 8 ist, wird somit die Trommel 8 in der Pfeilrichtung
gedreht. Der Schieber wird dabei vor den expandierenden Gasen hergeschoben, so lange,
bis er die Auslaßöffnung 35 für diese freigibt. Dann können die verbrannten Gase
durch den Ausl.aßkanal i9 entweichen. Da auf diese Weise den expandierenden Gasen
der Austritt erst gewährt wird, wenn sie ihre Expansdonskr.aft nahezu völlig abgegeben
haben, wird eine gute Ausnutzung der Expansionskraftgewährleistet, und es können
auch besondere Einrichtungen zur Schalldämpfung fortfallen. Das richtige Verhältnis
zwischen dem Ansaugweg des Schiebers 22 und seinem Arbeitsweg wird erzielt durch
entsprechende Einstellung der Zündvorrichtung 34. Es ist daher Vorsorge getroffen,
daß diese Einstellung während des Betriebes erfolgen kann. Die Zündeinrichtung 34
ist zu diesem Zwecke derart einstellbar, daß sie näher an den Scheitel 28 des Bodenstückes
16 herangebracht oder weiter von ihm weggeführt werden kann. Sie ist zu diesem Zwecke
auf einem Ring 36 befestigt, der in einer entsprechenden ringsum: laufenden gut
des zylindrischen Gehäuses i i angeordnet ist. Damit der nach außen ragende Ansatz
37 in genügend weiten Grenzen verstellt werden kann, ist an der Halbschale 13 eine
fensterartige Ausnehmung 38 vorgesehen. Wenn der Schieber seinen Umlauf in der Pfeilrichtung
fast vollendet hat, läuft er an den Führungsbahnen 39, die auf Rippen an den Stirnwänden
des Gehäuses 13 vorgesehen sind, wieder in die in Fig.3 :gezeigte Anfangstellung
zurück, und das Arbeitsspiel kann von neuem beginnen.
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Damit der Drehschieber 31 in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung
des Schiebers 22 gesteuert wird, ist die Kurvenbahn 39a vorgesehen. Sie ist, wie
insbesondere aus Eig. 4 ersichtlich ist; an der Stirnseite der umlaufenden Trommel
8 angebracht. In diese Kurvenbahn 39a greift ein Führungsstift 40 ein, der zur Verminderung
der Reibung mit einer Rolle versehen werden kann. Er schwenkt beim Umlauf der Kurvenbahn
39a den Arm 4, und da dieser mit dem Drehschieber 31 fest verbunden ist, wird entsprechend
der Führung der Kurvenbahn 39" der Drehschieber 31 um seine Achse verdreht.
Die Kurvenbahn 39a ist so gewählt, daß der Drehschieber 31 geschlossen ist, wenn
der Schieber 22 im Sinne der Pfeilrichtung unmittelbar vor der Zündeinrichtung angelangt
ist. Er öffnet sich erst wieder, wenn der Schieber die in Fig.3 gezeigte Stellung
überschreitet. Auf diese Weise wird vermieden, daß die Zündung in den Ansaugkanal
zurückschlägt. Zusätzlich ist noch ein Rückschlagventil.42a bekannter Bauart an
der dem Drehschieber -benachbarten Austrittsöffnung des Kanals 18 vorgesehen.
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Der Schieber 22 legt sich, soweit er in den Ringraum 27 hinausragt,
an dessen Stirnwände und seine zylindrischen Wände abdichtend an. Ebenso legen sich
:die überstehenden Enden 42, 43 der Trommel 8 abdichtend an die benachbarten Stirnwandurigen
44, 45 an, so daß der Ringraum 27 nach außen abgedichtet ist und außerdem der Schieber
22 mit seinen Kanten an den Innenseiten des Ringraumes 27 gleitet.
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Zur Schmierung des Schiebers 22 und zu seiner Abdichtung wird je nach
den Betriebserfordernissen mehr oder weniger Öl in das Innere der Trommel 8 :gegeben.
Um den Umlauf dieses Öls zu erleichtern, sind im Schieber 212 Ausnehmungen 46 vorgesehen.
Das Öl kann durch einen Stutzen 47 zugeführt werden, der, wie insbesondere aus Fig.
4 ersichtlich ist, mit Ausnehmungen in der Wedle 4 in Verbindung steht, die in das
Innere der Trommel 8 führen. In gleicher Weise steht der Stutzen 48 mit dem Innern
der Achse 4 in Verbindung. Beim Umlauf des Schiebers 22 kann somit eine Kühlungszwecken
dienende Belüftung des Innern der Trommel 8 erfolgen. Zur Ausbalancierung der Trommel
8 ist an dieser noch das Gegengewicht 49 vorgesehen.
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Wird die :beschriebene Vorrichtung als Verbrennungskraftmaschine betrieben,
dann wird die Trommel 8 durch das Zahnrad 9, über das eine nicht mitgezeichnete
Kette läuft, so lange in Umdrehung versetzt, bis eine Ansaugurig des Gases erfolgt
ist und dadurch der Ringraum 33 mit Gas gefüllt ist. Durch die anschließende Zündung
setzt dann der Umlauf der Trommel 8 ein, und das Arbeitsspiel wiederholt sich periodenweise.
Zur Erzielung eines gleichmäßigen Umlaufes kann die Trommel 8 einegewisse Masse
besitzen, so daß sie als Schwungrad wirkt. Der leichte Lauf der Trommel 8 wird durch
die beiden Kugellager 6, 7 gewährleistet.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung kann auch mit expandierendem Dampf
betrieben werden, der dann durch einen Kanal 18 zugeführt wird. Zur Verminderung
des Druckes des auszuschiebenden Dampfes können dabei zusätzliche Einspritzdüsen
für das Einspritzen von kaltem Wasser an dem Teil des Ringraumes 27 vorgesehen sein,
der mit dem Auslaßkänal i9 in Verbindung steht.
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Das Ansaugen von Gas kann auch durch das Einspritzen einer brennbaren
Flüssigkeit ersetzt werden.
Um .der unteren Halbschale 13. die Möglichkeit
zu geben, sich bei Erwärmung ungehindert auch nach unten auszudehnen, kann sie unabhängig
von dem. Fundament 17 gelagert sein. In diesem Falle müßten entsprechende Traglager
vorhanden sein, in denen die seitlichen Flansche 14 sich abstützen. Die Flansche
14 können zu diesem Zwecke auch um die Stirnwände der Trommeln herumgeführt werden.
Es ist möglich, diese Traglager unmittelbar an den Gestenwänden i und 2 vorzusehen.
Diese müßten zu diesem Zwecke -in Höhe der Achse 4 entsprechend verbreitert werden.
Je nach den Betriebserfordernissen kann die Ausnehmung 38 sich auch bis in die obere
Halbschale 12 erstrecken.
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Um bei Veränderung der Einstellung der Zündvorrichtung 34 die Steuerung
des Drehschiebers 31 dieser Änderung anzupassen, kann die Kurvenbahn 39a ganz oder
teilweise auswechselbar sein. Um den Widerstand der ausströmenden bzw. auszustoßenden
Gase oder Dämpfe zu verringern, empfiehlt es sich, dem Auslaßkanal ig einen zweiten
parallel zu ihm verlaufenden Auslaßkanal hinzuzufügen.
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Die Steuerung des Schiebers 22 kann auch durch andere Mittel .als
die vorbeschriebenen erfolgen. Es können gegebenenfalls auch mehrere Schieber 22,
in der Trommel 8 angeordnet sein, denen dann die entsprechende Anzahl Einlaß- und
Aus-laßkanäle 18, ig, Einlaßventile 31, Zündeinrichtungen 34 Kurvenstücke 16 usw.
zugeordnet sind. In diesem Falle wird sich eine Vergrößerung des Durchmessers der
Trommel 8 erforderlich machen. Es ist auch möglich, mehrere der vonbeschriehenen
Einrichtungen über einen Ketten- oder ähnlichen An: trieb auf eine gemeinsame Weille
arbeiten zu lassen. Dabei istes zweckmäßIg, die Stellung des Schiebers 22 der einzelnen
Vorrichtungen zueinander so einzuregeln, daß sie dann, wenn z. B. drei Einrichtungen
,gekuppelt werden, jeweils um i2o° voneinander abweichen. Der Vorteil der erfindungsgemäßen
Einrichtung besteht .außer in der einfachen Bauart und Wirkungsweise auch darin,
daß sowohl in axialer als auch in radialer Richtung d-i-e Abmessungen mehr oder
weniger groß behalten werden können, so daß die erfindungsgemäßen Einrichtungen
sowohl als kleine wie auch als große Kraftmaschinen dienen können und sich dabei
durch ihre einfache Blauart und die geringe Anzahl verschiedener Bauteile auszeichnen.
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Da die Vorrichtung im wesentlichen nur eine rotierende Bewegung ausführt,
fehlen hin und her gehende Kolben und Pleuelstangen.
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Das Ingan@gbringen- der Einrichtung bei ihrer Verwendung als Verbrennungsmotor
kann ohne Schwierigkeit von. Hand erfolgen. Rückschlagsge£ahr besteht nicht, da
keine Kompression zu überwinden ist.