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Rückdruck-Brennkraftturbine Die Erfindung betrifft eine Rückdruck-Brennkraftturbine
mit zwei oder mehreren in einem drehbaren zylindrischen Scheibenkörper angeordneten
und in einer Drehrichtung wirksamen Rückstoßleitungen und mit einer Einrichtung
zur Drehrichtungsänderung des umlaufenden Scheibenkörpers. Die bekannten Einrichtungen
zur Änderung der Drehrichtung der Rückdruck-Brennkraftturbinen erfordern umständliche,
besondere Apparate mit großer Raumbeanspruchung und komplizierter Wirkungsweise.
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Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer vereinfachten Einrichtung
zur Drehrichtungsänderung von Rückdruck-Brennkraftturbinen mit verbesserter Wirkungsweise
und möglichst kleiner Raumbeanspruchung.
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Erreicht wird dies dadurch, daß bei einer Rückdruck-Brennkraftturbine
der vorerwähnten Art die Rückstoßleitungen ebenso wie zwei oder mehrere in entgegengesetzter
Drehrichtung wirksame Rückstoßleitungen zwischen einer mittleren Zuströmkammer für
das gasförmige Antriebsmittel und dem Umfang des umlaufenden Scheibenkörpers paarweise
diametral gegenüberstehend und gruppenweise mit entgegengesetzter Ausströmrichtung
angeordnet sind und daß in diesen Rückstoßleitungen der Druckverteilung dienende
exzentrische und durch auf gleicher Welle befindliche Schaufelräder angetriebene
Verteilernockenscheiben sowie für die Drehrichtungsänderung des umlaufenden Scheibenkörpers
dienende, durch Solenoide gesteuerte Verschlußschieber eingebaut und selbsttätig
wirkend eingerichtet sind.
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Es empfiehlt sich, die als Verteilungs- und Regelorgan dienende Verteilernockenscheibe
in ihrem radial in die Rückstoßleitung hineinragenden Teil so auszubilden, daß die
Rückstoßleitung in periodischer Weise plötzlich für den Gasdurchlaß geöffnet und
danach langsam wieder geschlossen wird.
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Die Verteilernockenscheibe ist zweckmäßig am Umfang so ausgebildet,
daß ihr den Durchflußquerschnitt der Rückstoßleitung maximal abdeckender Teil die
Rückstoßleitung nicht völlig verschließt, so daß stets ein genügender Durchlaß von
Treibgasen erfolgen kann, um beim Anlaufen der Turbine das Drehen des Schaufelrades
oder einer ähnlichen Vorrichtung sicherzustellen.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
nachstehenden Beschreibung eines in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.
Es zeigt Fig. 1 eine Ausführungsform der Rückdruck-Brennkraftturbine gemäß der Erfindung
im Längsmittelschnitt, Fig. 2 die gleiche Rückdruck-Brennkraftturbine im Querschnitt
nach der Linie 11-1I der Fig. 1, Fig. 3 eine Ausführungsform einer Verteilernockenscheibe
und die Fig. 4 eine erläuternde graphische Darstellung. Der zylindrische Scheibenkörper
1 weist eine mittlere Zuströmkammer 2 und vier Rückstoßleitungen auf. Zwei
dieser Leitungen, nämlich die Leitungen 3 und 4, haben das Bestreben, den umlaufenden
Scheibenkörper 1 entgegen dem Uhrzeigersinn, in Fig. 1, anzutreiben, während die
beiden anderen Leitungen 5 und 6 das Bestreben haben, eine Drehung im umgekehrten
Sinn hervorzurufen.
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Jede der Rückstoßleitungen 3 bis 6 hat einen radialen Leitungsteil
und einen zweiten Leitungsteil, der im wesentlichen rechtwinklig zum ersten Teil
verläuft und in der für die Rückstoßwirkung gewünschten Richtung angeordnet ist,
und es sind demnach radiale Rückstoßleitungsteile 7, 8, 9 und 10 und
rechtwinklig dazu verlaufende Rückstoßleitungen 11, 12, 13 und 14 vorhanden.
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In der mittleren Zuströmkammer 2 enden im Falle der Verwendung von
Brenngas als Kraftstoff ein Luftkanal 15 in einer Hohlwelle 16 und ein Brennstoffkanal
17 in einer Hohlwelle 18 (Fig. 2). Kontaktringe 19 und 20 sind über
elektrische Leiter mit der in den Zeichnungen nicht dargestellten Zündkerze, die
in der mittleren Zuströmkammer 2 für das Anlaufen der Rückdruck-Brennkraftturbine
vorhanden ist, und mit nachstehend erläuterten Solenoiden verbunden.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ergeben die Leitungen 5 und
6 eine Rückstoßwirkung, die in entgegengesetzter
Richtung zu der
Rückstoßwirkung ist, die von den Leitungen 7 und 9 erzeugt wird.
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Durch wahlweises Einschalten und Benutzen der Leitungen 5, 6 oder
7, 9 kann auf diese Weise Vorwärts- und Rückwärtslauf erreicht werden.
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Ebenso kann beim Übergang von dem einen Leitungspaar auf das andere
Leitungspaar dadurch eine Bremswirkung herbeigeführt werden, daß die Rückstoßleitungen
7 und 9 zur Wirkung gebracht werden.
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Um die verschiedenen Rückstoßleitungen wahlweise und getrennt zur
Wirkung bringen zu können, sind Verschlußschieber 21 vorhanden, von denen jeder
mit Hilfe eines Solenoids 22 betätigt wird, das mit dem Kontaktring 20 verbunden
ist. In der Fig. 2 ist der obere Verschlußschieber 21 in der Stellung gezeigt, in
der er die Leitung 7 verschließt, während der untere Verschlußschieber 21 in der
Fig. 2 die Leitung 9 für den Durchlauf der Treibgase vollständig freigibt.
Die Verschlußschieber 21 können jeder am Ende einer Stange angeordnet sein,
die in dem zugehörigen Solenoid 22, das eine Rückholfeder 23 aufweist, gleitet.
Wenn die laufende Rückdruck-Brennkraftturbine gebremst werden soll, dann werden
die Solenoide so gesteuert, daß sich die geschlossenen Rückstoßleitungen öffnen
und die geöffneten Rückstoßleitungen schließen.
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Die Bremswirkung ist um so heftiger, je mehr die Bewegung der Verschlußschieber
21 beschleunigt wird, und es kann auf diese Weise ein sehr schnelles Abbremsen der
Rückdruck-Brennkraftturbine erreicht werden.
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In jeder der Rückstoßleitungen 7, 8, 9 und 10 ist eine
Verteilernockenscheibe 24 vorhanden, die in der Seitenansicht die in der
Fig. 3 gezeigte Form hat. Der Umfang dieser Verteilernockenscheibe 24 verläuft
demgemäß nach einer Kurve, die von einem kleinsten Radius bis zu einem größten Radius
übergeht, wobei die Verbindung der Punkte mit kleinstem Radius und mit größtem Radius
nach einer radial verlaufenden Linie 25 erfolgt. In der Fig. 3 ist auch der
freie Querschnitt 26
einer derRückstoßleitungen7, 8, 9 oder
10 gezeigt. Wenn die Verteilernockenscheibe 24 nach der Fig. 3 sich im Uhrzeigersinn
dreht, so ist klar ersichtlich, daß der freie Querschnitt 26 langsam bis zum annähernd
völligen Verschluß verkleinert wird, um dann plötzlich wieder bis zur vollen Öffnung
freigegeben zu werden, wenn die Endkante 25 der Verteilernockenscheibe 24 an dem
freien Querschnitt 26 vorbeiläuft. Jede der Verteilernockenscheiben 24 ist
am einen Ende einer Welle 27 befestigt, die in einem Lager 28 gelagert
und geführt ist und die an ihrem anderen Ende ein Schaufelrad 29 trägt, dessen Schaufeln
zumindest teilweise der Wirkung der ausströmenden Gase unterworfen sind, und zwar
dadurch, daß die Schaufelräder 29 in den Rückstoßleitungen 11, 12, 13
und 14
so angeordnet sind, wie es in der Fig. 1 gezeigt ist.
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Bei dem Anlassen der Rückdruck-Brennkraftturbine und damit zum Beginn
des Funktionierens der Verteilernockenscheibe 24 dürfen diese niemals die
Rückstoßleitungen 7, 8, 9 und 10, also den freien Querschnitt 26, vollständig verschließen
(Fig. 3), damit stets eine Mindestmenge des gasförmigen Fluidums hindurchtreten
kann, um das Drehen der Schaufelräder 29 und damit das Drehen der Verteilernockenscheibe
24 einleiten zu können.
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Die Drehgeschwindigkeit der Verteilernockenscheibe 24 steht
im Abhängigkeitsverhältnis zur Austrittsgeschwindigkeit der Gase. Die Leitungslänge
der Rückstoßleitungen 11, 12,
13 und 14, gemessen von der Verteilernockenscheibe
24 bis zur Mündung, muß so lang sein wie die Länge des Gasstromes, der während einer
Umdrehung der Verteilernockenscheibe durch diese Rückstoßleitungen strömt. Bei Annahme
gleicher Geschwindigkeit des Gasstromes muß die mittlere Umfangslänge des Schaufelrades
29 so groß sein wie die Länge des während einer Umdrehung der Verteilernockenscheibe
24 durch die Rückstoßleitung strömenden Gasstromes.
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Bei der Betrachtung der Fig. 4, die eine Verteilernockenscheibe 24
und beispielsweise die Rückstoßleitung 3, bestehend aus dem Leitungsteil 7 und dem
senkrecht dazu verlaufenden Leitungsteil 11, zeigt, ergibt sich, daß nach
einer Umdrehung der Verteilernockenscheibe 24 der Gasstrom, der hindurchfließen
konnte, durch den in der Fig. 4 waagerecht gestrichelten Flächenteil dargestellt
werden kann, d. h., daß sich eine Änderung vollzieht, die von der kleinsten Durchflußöffnungx
des Durchflußquerschnittes 26 (Fig. 3, Mindestöffnung beim Anlauf) bis zur größten
Durchflußöffnung B des Durchflußquerschnittes 26
verläuft, die im Falle der
Fig.4 dem Gesamtquerschnitt der Rückstoßleitung 7 entspricht.
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Die gestrichelte Linie a stellt dann den mittleren Durchflußquerschnitt
zwischen der kleinsten Durchflußöffnungx und der größten DurchflußöffnungB dar.
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Um am Eingang der Rückstoßleitung 11 kein Zurückstauen auftreten
zu lassen, müssen demgemäß die Durchflußquerschnitte der Rückstoßleitungen 11 und
7 in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, das der Gleichung
entsprechen muß, wobei S der Durchlaßquerschnitt des vor der Verteilernockenscheibe
24 liegenden Leitungsteiles, s der Durchlaßquerschnitt des hinter der Verteilernockenscheibe
24 liegenden Leitungsteiles und x der Mindestdurchlaßquerschnitt an der Verteilernockenscheibe
24 bedeutet. Wenn diese Gleichung erfüllt ist, ergibt sich kein Rückstau.
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Wenn jedoch bei Nichtbeachtung der Gleichung i größer wird als k,
dann kann der aus der Differenz der Teile i und k bestehende Teil
i-k nicht durch die Leitung 11 abfließen, und es ergibt sich dann ein Rückstau,
und zwar ebenso wie im Fall eines ständigen Ausströmens von Gasen durch die Leitungen
7
und 11 ohne Anwendung einer Verteilernockenscheibe 24.
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Mittels der Verteilernockenscheibe 24 ergibt sich ein Rückstoß,
der proportional dem Druck der Gase und dem Quadrat der Geschwindigkeit ist.
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Die Rückdruck-Brennkraftturbine gemäß der Erfindung kann beispielsweise
aus sechs Elementen hergestellt werden, d. h. zwei äußeren Endscheiben und vier
Zwischenscheiben, die auf beiden Stirnflächen bearbeitet sind, wobei Schmierleitungen
33 für die Lager 28 angeordnet werden. Es können auch Kontrollklappen für
die Schieber 21 vorgesehen werden, ebenso wie Öffnungen 34, welche die Kühlung
des Scheibenkörpers und der Lager sicherstellen.
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Die Rückdruck-Brennkraftturbine weist gegenüber ähnlichen Turbinen
zahlreiche Vorteile auf. Sie kann unterschiedslos sowohl mit Dampf wie auch mit
Verbrennungsgasen oder Preßluft usw. arbeiten, wobei
nur einige
Anpassungen an die jeweilige Art des verwendeten Fluidums notwendig sind.
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Gegenüber einem Ottomotor oder einem Dieselmotor ergibt sich eine
beträchtliche Gewichtsersparnis, eine wesentlich vereinfachte Bauweise und ein Minimum
beweglicher Teile, was selbstverständlich einen geringeren Reibungsverlust und demgemäß
einen geringeren Kraftverlust ergibt. Es ergibt sich eine Drehbewegung ohne Totpunkte
oder Vibrationen, die im Falle von hin- und hergehenden Bewegungen auftreten. Das
Anlaufen kann sehr leicht und sehr einfach durch ein elektrisches System durchgeführt
werden, und es ist keine Wasserkühlung notwendig.
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Gegenüber den normalen Gasturbinen ergibt sich eine viel höhere Leistung
oder ein wesentlich geringerer Verbrauch.
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Die Umkehrung der Rückstoßwirkungen gestattet schnelles Abbremsen
oder Rückwärtslauf. Die gleichen Vorteile ergeben sich gegenüber Reaktionsturbinen.