DE305967C

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Publication number: DE305967C
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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Es sind bereits Maschinen, die mit kohlenw asser stoffhaltigen Flüssigkeiten betrieben werden, bekannt, bei. denen mehrere Explosionen nacheinander in verschiedenen Kam-

• 5 mern stattfinden, um die Stoßkraft der Explosion zu mildern oder einen Zuwachs an Kraft bei Aufwärtsgang des Kolbens in der Weise zu erzielen,. daß die Bewegung eine gleichförmigere wird. ^l '' " " .

iö Bei diesen Maschinen ist die zuerst wirkende Ladung im Verhältnis zum Verbrennungsraum sehr groß, so daß der Anfangsstoß seine zerstörende Kraft behalten.hat und die Zuwächsladüngen sehr klein gewählt sind, so daß ihre Wirkungen unerheblich bleiben.

Die Erfindung gründet sich auf die Erfahrung, daß bei Explosionsmotoren besonders für Flugmaschinen die Stoßkräfte der Explosionen in möglichst engem Verbrennungsraum eine vorzeitige Abnutzung dieser Motoren hervorgerufen haben. Um diesem Übelstande abzuhelfen, will das die Erfindung bildende Verfahren den Betriebsstoff in zwei •oder mehreren Teilen von wachsender Menge· in _s durch zwangsweise gesteuerte Ventile

j getrennten · Zylinderkammern nacheinander zur Vergasung und zur Verpuffung bringen, so daß die Anfangsstoßkraft eine geringe ist und erst bei Aufwärtsgang des Kolbens all-.30 mählich die. Explosionskraft zunimmt. Dabei wird, wie bei Versuchen mit Explosionsgasen beobachtet worden·. ist, durch die ■Interferenz der aufeinanderbranderiden Gaswel-' len, welche sich in verschiedenem . Zustande der Spannung und . Verbrennung befinden, eine Milderung der Höchsttemperatur, und der . Zersetzungseinflüsse der. Gase erzielt. Die Lebensdauer solcher Maschinen ist bei gleicher Belastung mit Betriebsstoff und bei nur sehr geringer Einbuße an Kraft eine überaus größere als bisher. Auch besteht die Möglichkeit, unter Verwendung bekannter Vergaser durch eine Luftpumpe, den Betriebsstoff unter Druck einzuspritzen und durch Regulierungsvorrichtungen zeitweise eine größere Betriebsstoffmenge einzuführen, zeitweilig die Belastung der einzelnen Zylinderkammern mit Betriebsstoff zu erhöhen ' und dadurch ' eine zeitweilige Beschleunigung des Arbeitsganges der Maschine zu bewirken. Die nach diesem Verfahren betriebenen .Motoren eignen sich besonders für Flugzeuge,, ermöglichen eine lange Lebensdauer,: tragen in erheblicher Weise zur Betriebssicherheit und Erhaltung wertvollen Menschenmaterials bei und gestatten für den Aufstieg und in Fällen der Not die Erhöhung der Geschwindigkeit, ohne die Maschinenteile zu 'schädigen; In ähnlicher Weise soll das Verfahren bei Explosionsmotoren für Kraftfahrzeuge, Kraftlastfahrzeuge, Luftschiffe u. dgl. angewendet werden. .

Neuerdings ist der Gedanke_: an eine Verwendung von ,Nitrozellulose zum Betriebe von Explosionsmaschinen aufgetaucht; auch ist ein Verfahren bekannt gewordenem Ex-' plosionsmotoren zusammengesetzte Treibmittel anzuwenden, bei welchen den Kohlenwasserstoffträgern durch Zusatz von Sauerstoffträgern in Gemeinschaft mit Salpetersäureestern eine ausgiebigere Verbrennung und Leistungsfähigkeit gesichert wird. Be^ diesem Verfahren findet eine gemeinsame Verpuffung der Betriebsstoffe statt oder eine

Vermischung der Gase durch Zusammenführen aus getrennten Leitungen. Bei diesen Maschinen entsteht durch die Verpuffung" von Nitrozellulose von vornherein eine sehr große Anfangsstoßkraft, Zersetzungs- und Zerreißungskraft, welche auf. die Maschinenteile zerstörend wirkt, so daß die Anwendung der Nitrozellulose zum Betriebe von Maschinen auf die Dauer nicht möglich ist. Es

ίο ist ferner bekannt, Nitrozellulose für Maschinen als Brennstoff dadurch nutzbar. zu machen, daß man solche in Staubform durch Injektoren in Druckluft zur Entzündung bringt, wie es bei reinen Wärmekraftmaschinen üblich ist. . Dabei wirkt der Spr'eng-' stoff in flüssiger oder Staubform im, höchsten. Grade explosiv. Es kann auch bei Einspritzung in Druckluft leicht der Fall eintreten, daß Nitrozellulose nicht zur völligen explosiven Zersetzung kommt und chemische Rückstände hinterläßt, welche das Zylindermetall angreifen. ■

Gegenüber diesem bekannten Verfahren besteht das die Erfindung bildende Verfahren darin,, daß voneinander getrennte Ladungen von zunehmender Menge hintereinander in

.■:■·. zwei oder mehreren Zylinderkammern verpufft werden, um Nitrozellulose zum Betriebe von Maschinen verwendbar zu machen. Dabei wird auf die Verwendung von staub-, f örmigen Nitroverbindungen wegen ihrer Explosivkraft verzichtet, dagegen für dieses Verfahren die Verwendung von festen Nitroverbindungen in Anspruch genommen, insbesondere von solchen Nitrozellulose- und Nitroglyzef iripulverso.rten, welche infolge der Form als Blättchenpulver, Würfelpulver, Röhrenpulver usw. und infolge der Hineinarbeitung gewisser Stoffe bei Anwendung kleiner Ladungen eine regelmäßige, nicht zu plötzliche Verbrennung zeigen, und welche . eine sehr genaue Mengenbemessung möglich machen. .

Um aber bei Verwendung dieser äußerst kräftig wirkenden Treibmittel der Maschine den höchsten Grad der. "Widerstandsfähigkeit ■ zu geben und alle Ecken und Kanten zu vermeiden, in denen sich schädlich wirkende Verbrennungsrückstände festsetzen können, werden die Verbrennungsräume mit ovalem, ellyptischem, doppelpärabolischem oder herzförmigem Querschnitt ausgeführt, deren Trennung bzw. Verbindung durch Ventile in Keulenform mit kegelförmigem Querschnitt hergestellt wird. Wie entsprechende Versuche an Geschützen ergeben haben,, wirkt die Interferenz der nacheinander entwickelten Explosivgaswellen der rauchlosen Pulversorten in hohem Grade auf die Verminderung zu hoher Temperaturen und zu starker Explosivkraft und ermöglicht bei geringer Ein-■ büße von Wärmeeinheiten, daß die zerstö- \ '. rende Schnellkraft der rauchlosen Pulvergase, ' ; welche sich durcheinander drängen, in eine : ; sehr hohe Druckkraft gewandelt wird. Die ; Entzündung und Verpuffung fester, rauch- \ .loser Pulverpatronen wird hierbei in der : Weise vorgesehen, daß die Patronen seitlich paarweise durch Zylinderverschlüsse nach \ Art der Mausergewehre, eingeladen und in ihrer Richtung auf den Brennpunkt des ellyp- \ tischen Verbrennungsraumes schußartig zur : Verpuffung gebracht werden, so daß der ■Druck der Gase auf die Wände und in Richtung auf den Kolben ein gleichmäßiger ist. Als Ehtzündungsmittel können entweder elektrische Zündkerzen _s in Verbindung mit den Zylinderverschlüssen verwendet werden oder ^ i eine Entzündung mittels Schlagbolzens oder Zündnadel in Verbindung mit einem, an der . Patrone befindlichen Knallquecksilberpräparate. '" . . ■ . ■ · ' !

In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Maschine in Längsschnitten dargestellt. Die Maschine arbeitet im' Zweitakt, da eine Luftansaugung wegen d:es in der Nitroverbindung enthaltenen Sauerstoffs nicht notwendig ist. In Fig. 1 befindet sich der Kolben zu Beginn des ersten Taktes im tiefsten Punkt. Das Ventil 0 schließt die Zy- 90 ^: linderkammern α vom Verbrennungsraum b ab. Die Ladungen I₁I₂ l_s sind in den paarweise, angeordneten, seitlich in gleicher Entfernung iVom Kolben angebrachten Zylinderverschlüssen enthalten. Die Ladungen I₁1₂1₃ Verhalten sich wie 1 zu 2 zu 4 oder 5. Die Ladungen I₁ werden zuerst entzündet und der Kolben nach- aufwärts bewegt. In dem .Augenblick, wo der Kolben ¹^ oder ¹^ seines Weges zurückgelegt hat (vgl. Fig. 2, Lage B), wird durch einen Nocken die Entzündung der Ladungen I₂ bewirkt und gleichzeitig das Ventil 0 aufgestoßen. Das Aufstoßen dieses j A^entils durch die Steuerung. wird durch die Verpuffung der Ladungen I₂ begünstigt, da diese gegen das kegelförmige Ventil gerichtet sind. Gleichzeitig verbreiten sich. die Gase der Ladungen I₂ ^s mit starkem Druck in den Zylinderraum b und entzünden die in den Zylinderverschlüssen q befindlichen La- 1.10 düngen l_s, so daß diese durch die entstandene A^entilöffnung eine dritte starke Gaswelle gegen den Kolben vortreiben.

Wenn der Kolben den höchsten Punkt erreicht hat, werden die aus Fig. 2 ersichtlichen, j zwangsläufig gesteuerten Ventile χ und y geöffnet, aus denen die Abgase entweichen. Sowie der Kolben auf seiner Bewegung nach unten wieder die Stellung .der Fig. .2 ein- ; nimmt, wird das Ventil 0 von der Steuerung I geschlossen und die Zylinderverschlüsse 2, p ] und q werden mit neuen Ladungen angefüllt.

Dieses \^rerfahren eignet sich besonders zu dem Betrieb von Tauchschiffen, da es weder den elektrischen Betrieb unter Wasser noch die Mitführung von' Sauerstoff in ,Preßzylin-

.5 dem notwendig macht. Die Abgase können hierbei in· einem Kessel gesammelt werden, von dem aus sie bei Überdruck nach Öffnung von Sicherheitsventilen' durch die Schiffswände hindurch entfernt werden.

ίο Man hat bekanntlich ferner ein Verfahren angewendet, in Explosionsmotoren Kohlenwässerstoffträger mit Sauerstoffträgern in

Gemeinschaft mit Salpetersäureestern als zu-'

• sammengesetzten Betriebsstoff mittels einer einzigen \^Äerpuffung zu verwerten oder deren Gase aus getrennten Leitungen zusammen zu führen, um ■ dadurch eine ausgiebigere Verbrennung und Wirkung des Betriebsstoffes zu gewährleisten. Da nun der Betrieb von Explosionsmotoren durch Nitrozellulose oder durch Nitrpglyzerinpulver allein wegen des Erfordernisses sehr haltbaren. Baues der Maschine große Schwierigkeiten' bietet und aus Notbehelf eigentlich nur für Tauchschiffmotoren zweckmäßig erscheint, und da ferner die Zusammenwirkung von Gaswellen von Kohlenwasser stoff gasen und den. Gasen der rauchlosen Pulver (Sicherheitssprengstoffpulver) wegen· der erzielten geringeren Temperaturen und der geringeren Explosivkraft als überaus vorteilhaft anzusehen ist, so wird der wiederholte Antrieb durch Ladungen mit .steigender Menge auch für die Verwendung von mehreren Ladungen in mehreren Zylinderkammern derart durchgeführt, daß in jeder Zylinderkammer zuerst ein Gasluftge-■ misch von Kohlenwasserstoffgasen zur Entzündung kommt, und deren Entzündung auf ein Ladungspaar von festen Patronen rauchlosen Pulvers übertragen wird. Durch öffnung von Ventilen wird alsdann - der Stichflamme der weitere Weg nach einer zweiten und schließlich nach einer. dritten Zylinderkammer geöffnet, in welchen Ladungen von steigender Menge von Kohlenwasserstoffen' und Sicherheitsspr'engstoffpulver angeordnet sind. Eine Ausführungsform einer ' nach diesem Verfahren arbeitenden Maschine ist in den Zeichnungen Fig. 3, 4 und 5 zur Darstellung gebracht. Bei dieser Maschine wird der Vergaser in' bekannter Weise durch eine Luftpumpe x. geladen, die im Verhältnis 1 : 2 von einer Kurbelwelle gleichzeitig mit dem Kolben der Maschine angetrieben wird. Das Ventil w verhindert den Rücktritt der Luft; durch Rohrleitung ν wird der Brennstoff zugeführt. Die Schraube t reguliert die Schwimmerstellung im ■ Brennstoffbehälter u. Die Kohlenwasserstoffgase treten durch .die Röhren p, q, r, deren Zufuhr durch die Vorrichtung s geregelt wird, mittels der Ventile m, 11 undo in die Zylinderkammern α, fr und.c ein. Durch die Schrauben s und, ί kann somit die

■ Größe der Ladungen an Kohlenwasserstoffgasen nach Umständen geregelt werden. Im allgemeinen sind die vergasten Ladungen in den Kammern, a, b und c so gewählt, daß sie ebenso wie die Ladungspaare I₁, I₂,-I₃ im j steigenden Verhältnis 1 ; 2':. 3' oder 4 stehen.

Die Ladungen Z₁, Z₂ und I₃ sind seitlich durch ! Zylinderverschlüsse so an den Kammern a, b ■ . und c ^angebracht, daß die Patronen ein wenig _% j in den Raum hineinragen . und eine sichere

■ explosive Entzündung. durch die Explosion

der, Gasluftgemische erhalten. ' ⁷^

■ Die Maschine arbeitet im Viertakt etwa ·

■ folgendermaßen:

Im ersten Takt wird beim Hochwärtsgang durch den Kolben Luft angesaugt.

Im zweiten Takt wird der Kolben durch das Schwungrad nach der tiefsten Stellung A (Fig- 3) zurückgedrückt und dadurch die Luft in den drei Räumen a, b und c zusammengepreßt. Die Ventile cZ und e, welche bisdahin offen stehen, werden kurz vorher, ehe der Kolben den tiefsten Punkt in Fig. 3 er- ; reicht, von der Kurbelwelle aus geschlossen und zugleich die Ventile m, η und 0 geöffnet, so daß das Gasluftgemisch in die Kammern a, b und c eingespritzt ist, wenn der Kolben die unterste Stellung A ereicht hat.

Dritter Takt: In diesem; Augenblick wird das Gasluftgemisch im Raum α (Fig. 3) durch eine Zündkerze zur Explosion gebracht. Der Kolben setzt, sich aufwärts in Bewegung. Die beiden Ladungen I₁ werden -gleichzeitig durch dje Explosion des Gasluftgemisches zur Entzündung gebracht und verstärken die Bewegung des Kolbens. ':..'■·

Wenn der Kolben etwa /·*·/₅ des Hubes zurückgelegt hat (Lage B, Fig. 4), wird durch die Steuerung das Ventil d aufgestoßen und durch· die eindringende Stichflamme das Gasluftgemisch im Raum b entzündet und darauf das Ladungspaar rauchlosen Pulvers Z₂ zur Verpuffung gebracht. Es folgen also auf die ersten beiden Gaswellen zwei neue, welche die Bewegung des Kolbens verstärken und deren Interferenz gleichwohl eine zu stark wirkende Schnellkraft der Explosionen in Druckkraft umgestaltet. Hat' der Kolben die Lage c (Fig. 5) mit etwa ²/₅ des Hubes erreicht, so wird das Ventil e aufgestoßen, das Gasluftgemisch im Raum c entzündet und das Ladungspaar Z₃ zur Verpuffung gebracht. Es wirkt also erst jetzt das gesamte System der Verpuffung auf den Kolben, der sich mit ganzer Kraft aufwärts bewegt.

Im vierten Takt werden beim Niedergang des Kolbens die Auspuffventile geöffnet Und die Abgase durch diese Ventile ausgestoßen.

Im ersten Takt wird wieder die Luft ange-

saugt und an einer bestimmten Stelle ein Hebelwerk von der Kurbelwelle aus in Bewegung gesetzt, welches die Neuladung der kleinen - Zylinderverschlüsse /, g,'h mit den Ladungen Z₁, L, I₃ bewirkt.

Die Hauptventile d und e, welche innen hohl sind, werden durch Wasser gekühlt. Alle anderen Einrichtungen für die Kühlvorrichtung und die Steuerung der Ventile von der

ίο 'Kurbelwelle aus sind in der Zeichnung weggelassen, da sie ■ nicht zur Erläuterung des • Verfahrens-gehören.

Durch das Verfahren gemäß der Erfindung besteht die Möglichkeit, alle Arten von Explosionsmotoren mit wesentlich' gesteigerter Arbeitsleistung zu betreiben, also solche für Kraftfahrzeuge, für Lastkraftfahrzeuge, Unterseeboote, Großschiffe, Flugmaschinen, Luftschiffe, Arbeitsmaschinen der Industrie

u. dgl.

Bei diesem Verfahren wird in Anspruch genommen, daß durch die Interferenz ungleichartiger Explosionsgaswellen eine Verringerung der Brisanz hervorgebracht und durch das Verfahren eine neue Möglichkeit geschaffen wird, , in Maschinen Gasluftgemische kohlenwasserstoffhaltiger Flüssigkeiten und Nitrozellulose- oder Nitroglycerinpulver als zusammenwirkende Treibmittel von hoher Leistung zu verwenden.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Verfahren zum Betriebe von Explosionsmotoren aller Art, insbesondere für Kräftfahrzeuge, Flugmaschinen usw., bei welchen zwei oder mehrere voneinander getrennte Ladungen von kohlenwasserstoffhaltigen Flüssigkeiten hintereinander in zwei oder mehreren Zylinderkammern zur Verpuffung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufwärtsgang des Kolbens Ladungen von zunehmender Menge nacheinander zur Entzündung gelangen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ladungen von rauchloser Nitrozellulose und Nitroglyzerin, welche im Brennpunkt der ellyptisch-oval oder herzförmig gestalteten Explosionskammern verpufft werden, paarweise angeordnet und seitlich in gleicher Entfernung vom Kolben angebracht sind, und daß in der zweiten und folgenden Explosionskammer zwei solcher Ladungen (Z₂, Z₃) zur Anwendung kommen, von denen zuerst die obere zur Entzündung gebracht \vird, einen Spannungsausgleich hervorbringt und darauf die zweite Ladung entzündet. . ' ■ ■'
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Explosionskammer zwei voneinander verschiedene Ladungen (m und I₁ bzw. η und Z₂ bz\v. 0 und Z₃) abgebrannt werden und daß die obere, zuerst entzündete Ladung (m, n, 0) aus von kohlenwasserstoffhaltigen Flüssigkeiten hergestellten Gasluftgemischen besteht, und die von dieser entzündete zweite untere Ladung (Z₁, I₂, Z₃) aus festem Nitroglyzerinpulver zusammengesetzt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.