DE171394C - - Google Patents

Description

KAISERLIC

PATENTAMT.

M 171394 KLASSE 46 d.

Der Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Auspuffheißluftmotor, bei welchem die Bewegung des Verdrängerkolbens ohne Inanspruchnahme von Gestänge und Kurbeln

5 oder Exzentern, nur auf Grund der Expansion der erhitzten Luft und des Gewichtes des Verdrängers in vorher bestimmbaren Augenblicken erzielt wird und gleichzeitig auch eine einfache Regelung der Umlaufzahl

ίο bewirkt werden kann, wodurch sich eine billig herzustellende und wohlfeil arbeitende Maschine, wie sie für das Kleingewerbe paßt, ergibt.

Die Konstruktion des Motors ist aus der Zeichnung ersichtlich. In derselben ist Fig. 1 ein senkrechter Schnitt durch die Mitte der Maschine und Fig. 2 ein Schnitt nach der Linie A-B in Fig. 1.

Die linke Hälfte der Fig. 1 zeigt den Arbeitszylinder 1 mit Kolben, Pleuelstange, Krummachse und Schwungrad. Im Zylinder 1 befindet sich eine seitliche Öffnung 2, durch welche die Luft in den Arbeitsraum des Zylinders eintritt, wenn sich der Kolben unterhalb der Öffnung befindet. Der obere Teil des Zylinders ist durch ein Rohr 3 mit dem Verdrängergehäuse verbunden. Dieses besteht aus einer oberen Hälfte 4 und einer unteren 5, welche durch die ringförmige Packung 6 aus Wärme schlecht leitendem Material getrennt sind. Die Oberhälfte ist von einem Mantel 7 umgeben. Durch den Raum zwischen der oberen Zylinderhälfte 4 und dem Mantel 7 wird Kühlwasser hindurchgeleitet, um den Teil 4 kalt zu halten. Die hierzu notwendige Kühlwasserpumpe, wie auch die Rohrleitungen sind nicht gezeichnet.

Die untere Hälfte des Verdrängergehäuses ist in eine Feuerung 8 mit Rost 9 und Füllöffnung 10 zur Einführung des Brennstoffes eingebaut. Die Feuergase umspülen den unteren Teil des Verdrängergehäuses und gehen durch die Öffnung 11 zu einem nicht gezeichneten Schornstein und ins Freie. Um eine größere Heizfläche zu erhalten, ist die Zylinderhälfte 5 mit angegossenen Rippen 12 versehen, wie Fig. 2 zeigt.

Im Verdrängergehäuse befindet sich ein aus zwei Teilen 13 und 14 mit zwischenliegender Isolierschicht 15 bestehender Verdrängerkolben, welcher jedoch nicht dicht an die Wandung des Verdrängers anschließt. Der untere Teil des Kolbens wird durch den umgebenden heißen Teil des Gehäuses stark erhitzt, der obere Teil gekühlt. Da die Isolierschicht den Wärmeausgleich hindert, so wirkt der untere Teil als Wärmeträger und der obere dagegen als Kühlkörper durch die bei der Bewegung des Verdrängerkolbens durch den ringförmigen Raum zwischen letzterem und der Zylinderwandung strömende Luft. Die Heiz- und Kühlflächen werden hierdurch annähernd verdoppelt, wenn auch der als Heizkörper wirkende Teil des Kolbens niedrigere, der als Kühlkörper wirkende höhere Temperatur haben wird, als die umgebenden Teile des Gehäuses.

Der Verdränger ist am oberen Teile mit einer Führungsstange 16 versehen, welche in einem auf dem Verdrängergehäuse ange-

brachtem Aufsatze 17 geführt wird. Die Führungsstange besitzt unten am Verdränger einen Bund 18, welcher genau in eine im Verdrängergehäuse und Aufsatz ausgedrehte Öffnung 19 hineinpaßt. Am oberen Ende der Führungsstange sitzt ein Ring 20, der mittels einer Mutter 21 an der Stange befestigt ist. Er ruht in der gezeichneten Stellung des Verdrängers in einer entsprechenden, genau ausgedrehten Aushöhlung im Aufsatze und dient dazu, die Größe des Zwischenraumes zwischen dem Verdränger und dem Boden des Verdrängergehäuses einzustellen. Durch diese durch Verstellung der Mutter 21 bewirkte Einstellung ist eine Regelung der Leistungsfähigkeit der Maschine bis zu einem gewissen Grade möglich.

Der Motor arbeitet in folgender Weise:
Er wird zunächst mittels des Schwungrades, beispielsweise bei kleinen Maschinen von Hand angedreht. Wenn der Kolben sich unterhalb der Öffnung 2 befindet, tritt Luft von außen in den Zylinder 1 ein und beim Rückgange des Kolbens nach Abschluß der Einlaßöffnung unter gleichzeitiger schwacher Kompression in das Verdrängergehäuse über. Hierbei geht die Hauptmasse der Luft, da der Verdrängerkolben zunächst in der gezeichneten Stellung steht, in den gekühlten, oberen, freien Raum. Die Abmessungen des Arbeitszylinders, des Verdrängerkolbens und der Führungsstange sind so gewählt, daß in dem Augenblicke, in dem der Arbeitskolben sich im oder doch nahe dem toten Punkte befindet, der Druck auf den Boden des Verdrängerkolbens größer wird als die Summe des Druckes' aus dem Eigengewicht sämtlicher Teile des Kolbens, dem Reibungswiderstande der Führungsstange in der Führung und dem Druck auf die obere Fläche des Kolbens, die des der Führungsstange zu machenden Abzuges wegen kleiner als die untere ist. Der Verdränger wird also in diesem Augenblick steigen. Der Bund 18 tritt in die Ausdrehung 19 ein, wobei das in dieser hierbei gebildete Luftkissen den Stoß aufnimmt. Während die Wärme des unteren Verdrängergehäuses vorher verhältnismäßig wenig Einfluß auf die Spannungszunahme der Luft hatte, da diese sich hauptsächlich im oberen gekühlten Teile befand, ändert sich jetzt das Verhältnis. Die Kompression steigt * infolge der Erwärmung rasch, wirkt im Arbeitszylinder entsprechend der Voreinströmung bei einer Dampfmaschine zunächst bremsend und, wenn der Kolben mit Hilfe des Schwungrades über den toten Punkt hinweg gekommen ist, treibend auf den Arbeitskolben. Hierbei expandiert die Luft wieder. Es ist hervorzuheben, daß die Erhitzung und Spannungszunahme besonders in dem Augenblicke statt- findet, in welchem der Verdränger steigt und die Luft zwischen den heißen zylindrischen Wänden niedersinkt. Aber auch während die Luft schon treibend auf den Arbeitskolben einwirkt und expandiert, findet, wenn auch in geringerem Grade, eine fortgesetzte, der Spannungsabnahme entgegenwirkende Erhitzung der Luft im unteren Teile des Verdrängergehäuses statt. W⁷enn die Summe aus dem von oben auf den Verdrängerkölben ■ ausgeübten Druck und dem Eigengewicht sämtlicher Kolbenteile die Summe aus dem von unten ausgeübten Druck und dem Reibungswiderstand der Führung übersteigt, fällt der Verdränger wieder in die Anfangsstellung zurück. Hierbei bildet der Ring 20 in der Ausdrehung im Aufsatze 17 ein Luftkissen, das den Stoß mildert. Der Augenblick, in welchem das Niederfallen des Verdrängers stattfindet, läßt sich durch entsprechende Bemessung des Bundes 18 und der Ausdrehung 19 beliebig hinausschieben. Diese beliebige Festlegung der Zeitpunkte, wo der Verdränger auf- und niedergeht, ist ein ganz besonderer Vorzug der Maschine gemäß der Erfindung.

Wenn der Verdränger fällt, geht die Luft im Verdrängergehäuse wieder nach oben und wird hier abgekühlt und verdichtet. Wie vorhin beim Niedergange des Verdrängers durch den engen Durchlaß zwischen Verdränger und Verdrängergehäuse eine rasche Erhitzung und Spannungszunahme, so findet jetzt das Umgekehrte beim Durchströmen des oberen gekühlten Kanals statt.

Unterdessen ist jedoch spätestens in dem Augenblick, wo der Verdränger niederfällt, der Arbeitskolben an der öffnung 2 vorbeigegangen, wobei ein Teil der Luft auspufft. Durch die Abkühlung der Luft im Oberteile des Verdrängergehäuses und die Weiterbewegung des Kolbens wird ein Vacuum im Arbeitsraume geschaffen und neue Luft eingesaugt. Der Arbeitskolben wird über den toten Punkt mit Hilfe des Schwungrades geführt und geht wieder nach oben, die Öffnung 2 verschließend, und der eben beschriebene Vorgang wiederholt sich.

Das Eigentümliche bei diesem Heißluftmotor ist, daß Verdrängerkolben und Arbeitskolben durch kein Gestänge verbunden sind; das Gewicht des fallenden Gestänges wird im wesentlichen durch eine zweckmäßige Bemessung der einzelnen Teile in bezug auf ihr Gewicht ersetzt. Hervorzuheben ist ferner, daß sich auch die bewegten Massen hierdurch mindern, was bekanntlich besonders bei Schnelläufern von großer Bedeutung ist. Vorbedingung für den richtigen Gang des Motors ist nur, daß die Feuerung genügend kräftig ist, um hinreichende, rasch abgebbare Wärme-

mengen im unteren Teile des Verdrängers aufzuspeichern.

Mit Hilfe der Muttern 21 kann, wie bereits

erwähnt, eine gewisse Regelung der Kolbengeschwindigkeit und der Leistung bewirkt werden, indem die Anfangsstellung des Kolbens höher oder niedriger gestellt wird.

Diese Regelung beruht darauf, daß die stetig geheizte Luftmenge unter dem Verdränger, wenn dieser höher gestellt ist, eine größere Spannungszunahme während der Kompressionsperiode bewirkt als bei normaler Lage. Die Spannung der in der Maschine befindlichen Luft wird daher früher diejenige Größe erhalten, die das Steigen des Verdrängers veranlaßt. Die Spannungszunahme, die beim Aufwärtsgange des Verdrängerkolbens stattfindet, setzt also früher ein und bremst den Arbeitskolben daher stärker als

zuvor.

Weiter ist die Luftmenge, die sich aus der Lage oberhalb des Verdrängers zur Lage unterhalb desselben bewegt, geringer als zuvor. Infolgedessen wird die bei dieser Bewegung auftretende plötzliche Spannungszunahme nicht so stark und schroff, also nicht so günstig wie bei der normalen Lage des Verdrängers.

Auch steht die zylindrische Heizfläche des Verdrängers in direktem Verhältnis zur Eintauchung in den Feuertopf. Ist die Eintauchung geringer, so wird die Heizfläche ebenfalls geringer bei einer ungefähr gleichen Wärmeaufnahme bezw. Wärmeabgabe pro Flächeneinheit und die plötzliche Spannungszunahme kann nicht die Größe wie vorhin erhalten.

Dagegen wird die Reibungsarbeit in der Führung der Verdrängerstange etwas geringer durch kürzeren Hub, und die Nachheizung der Luft im Feuertopfe dauert etwas länger als bei normaler Lage des Verdrängers.

Es hat sich gezeigt, daß die Summe aller dieser Veränderungen schädlich ist, und je weniger tief die Eintauchung des Verdrängers in den Feuertopf wird, desto schädlicher. Die Leistung des Motors wird geringer und die Geschwindigkeit mindert sich.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Aus einem Heizzylinder mit darin beweglichem Verdränger und einer einfach wirkenden, gleichzeitig als Luftpumpe dienenden einzylindrigen Hubmaschine bestehender Heißluftmotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdränger als Differentialkolben ausgebildet ist und mit seinem den kleineren Durchmesser besitzenden Teil den Deckel des Heizzylinders durchdringt, so daß die Bewegung des Verdrängers durch den bei Erwärmung der Luft im Heizzylinder auftretenden Überdruck auf die Bodenfläche des Kolbens herbeigeführt wird, um ein besonderes Antriebsgestänge für letzteren entbehrlich zu machen.

2. Heißluftmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Deckel hindurchragende Teil des Differentialkolbens mit einer verstellbaren Mutter ausgerüstet ist, um den Zwischenraum zwischen dem Verdränger und dem Boden des Heizzylinders beliebig einstellen und so den Gang der Maschine regeln zu können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.