DE1238274B

DE1238274B - Hot air motor

Info

Publication number: DE1238274B
Application number: DE1961B0064675
Authority: DE
Inventors: Harald Schulze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1961-11-06
Filing date: 1961-11-06
Publication date: 1967-04-06

Description

Heißluftmotor Die Erfindung betrifft einen Heißluftmotor für Demonstrationszwecke.Hot air engine The invention relates to a hot air engine for demonstration purposes.

Bauart und Funktion der bekannten Maschinen mit einem oben kuppelförmig verschlossenen, unten offenen, mit Verdrängerkolben und Arbeitskolben ausgerüsteten Zylinder, wobei die Kolbenstangen des Verdrängerkolbens und des Arbeitskolbens auf ein Getriebe, z. B. ein Kurbelgetriebe eines Schwungrades wirken, werden beibehalten.Design and function of the known machines with a domed top closed, open at the bottom, equipped with displacement piston and working piston Cylinder, with the piston rods of the displacer piston and the working piston on a transmission, e.g. B. act a crank mechanism of a flywheel are retained.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, einen Heißluftmotor möglichst einfacher Bauart zu Demonstrationszwecken zu schaffen.The inventor set himself the task of making a hot air engine as possible simple design for demonstration purposes.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß das Zylindermaterial aus einem durchsichtigen Material, z. B. aus Glas, besteht und in diesem Zylinder eine Gitterhülse vorgesehen ist, die den Verdrängerkolben im Abstand von der Zylinderwandung führend und das Strömen der Luft in axialer Richtung gestattend den Lauf des Kolbens sichtbar macht.This object is achieved in that the cylinder material from a transparent material, e.g. B. made of glass, and a grid sleeve in this cylinder is provided that guides the displacement piston at a distance from the cylinder wall and the flow of air in the axial direction allowing the travel of the piston to be seen power.

Betrieben wird der Motor durch eine am oberen Teil des Zylinders vorgesehene Beheizung (z. B. durch einen außen um den Zylinder herum etwa in der Mitte zwischen den beiden Enden des Zylinders angeordneten Brennerring) und eine Kühlung des unteren Zylinderteils, z. B. durch eine Luftkühlung oder Wasserkühlung, die in einem Mantelteil des Zylinders vorgenommen werden kann, wodurch die Beobachtbarkeit des Laufes der Kolben nicht gehindert wird.The engine is operated by one provided on the upper part of the cylinder Heating (e.g. by an outside around the cylinder roughly in the middle between the burner ring arranged at both ends of the cylinder) and a cooling system for the lower one Cylinder part, e.g. B. by air cooling or water cooling in a shell part of the cylinder can be made, whereby the observability of the course of the Piston is not prevented.

Gegenstand der Erfindung ist also ein Heißluftmotor bzw. eine Kältemaschine für Demonstrationen mit zweckmäßig kuppelförmig geschlossenem, am anderen Ende offenem Zylinder aus durchsichtigem Material, z. B. Glas, unter Verwendung von Verdrängerkolben und Arbeitskolben, bei -dem eine den Verdrängerkolben im Abstand von den Zylinderkolben führende, das Strömen von Luft in axialer Richtung gestattende Gitterhülse, insbesondere aus gegeneinander versetzten Metallstegen bzw. -bändern vorgesehen ist, durch die die Luft im Zickzackweg Wärme abgebend bzw. Wärme aufnehmend strömt.The subject of the invention is therefore a hot air motor or a refrigerating machine for demonstrations with an appropriately dome-shaped closed, open at the other end Cylinders made of transparent material, e.g. B. glass, using displacement piston and working piston, one of which is the displacement piston at a distance from the cylinder piston leading, the flow of air in the axial direction allowing grille sleeve, in particular is provided from mutually offset metal webs or strips, through which the air flows in a zigzag path giving off heat or absorbing heat.

Durch die Gitterhülse wird das Gelangen von warmer Luft aus dem oberen Zylinderteil in den unteren Zylinderteil ermöglicht, die Wärmeregeneration begünstigt, die Führung des Verdrängerkolbens in einem gewissen Abstand von der Zylinderinnenfiäche sichergestellt, ohne die für Demonstrationszwecke erwünschte Beobachtbarkeit durch die durchsichtige Zylinderwandung hindurch aufzuheben.The grille allows warm air to come in from the top Allows the cylinder part in the lower cylinder part, which favors heat regeneration, the guidance of the displacement piston at a certain distance from the cylinder inner surface ensured without the observability desired for demonstration purposes to lift the transparent cylinder wall through.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Gitterhülse aus einer Lage Streckmetall bzw. mehreren Lagen Streckmetall. Dem gleichen Zweck dienen weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.According to a preferred embodiment, the grid sleeve consists of one layer of expanded metal or several layers of expanded metal. Serve the same purpose further preferred embodiments of the invention.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Arbeitskolben mit exzentrisch an ihm vorgesehener starr verbundener Kolbenstange und einer axial geführten Verdrängerkolbenstange, deren Durchgang durch den Schwenkbewegungen -ausführenden Arbeitskolben abgedichtet ist, vorgesehen.According to a further preferred embodiment is a working piston with an eccentrically provided rigidly connected piston rod and one axially guided displacement piston rod whose passage through the pivoting movements -ausleitenden Working piston is sealed, provided.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird diese Abdichtung gebildet durch ein gegenüber der Verdrängerkolbenstange abgedichtetes Dichtungsstück mit kugeligen oder kugelteilförmigen Außenflächen, die abdichtend, beweglich in entsprechend geformten zentralen Bohrungsflächen des Arbeitskolbens passen.According to a further preferred embodiment, this seal formed by a sealing piece sealed against the displacement piston rod with spherical or spherical part-shaped outer surfaces that seal, move in suitably shaped central bore surfaces of the working piston.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Abdichtung des Arbeitskolbens gegenüber den Zylinderflächen durch kugelflächenförmige Ausbildung der Kolbenmantelflächen aus einem elastischen Material und/oder eine manschettenförmige Ausbildung der Kolbenmantelflächen aus elastischem Material gebildet.According to a further preferred embodiment, the seal of the working piston with respect to the cylinder surfaces due to the spherical surface-shaped design the piston jacket surfaces made of an elastic material and / or a sleeve-shaped Formation of the piston jacket surfaces made of elastic material.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine gelenkige Verbindung zwischen Verdrängerkolbenstange und zugehörigem Pleuel aus einem elastischen oder flexiblen Streifen aus Stahl, Kunststoff, Gummi oder Gewebe vorgesehen.According to a further preferred embodiment, one is articulated Connection between the displacement piston rod and the associated connecting rod from an elastic or flexible strips made of steel, plastic, rubber or fabric are provided.

Durch zentrische Durchführung der Kolbenstange des Verdrängerkolbens durch den insbesondere scheibenförmig ausgebildeten Arbeitskolben, dessen Kolbenstange ohne Kolbenbolzen oder Gelenk exzentrisch an dem Arbeitskolben angebracht ist, so daß der Kolben nicht nur auf- und abgeht, sondern bei diesem Auf- und Abgehen Schwenkbewegungen durchführt, wird die Einfachheit der Bauart- ohne Beeinträchtigung des sicheren Laufs der Maschine - begünstigt.Through the central passage of the piston rod of the displacement piston by the working piston, which is in particular disk-shaped, and its piston rod is attached eccentrically to the working piston without a piston pin or joint, so that the piston not only goes up and down, but with this one On- and performing swiveling movements, the simplicity of the design becomes without Impairment of the safe running of the machine - favored.

Die Sichtbarkeit des Laufes spielte bei den bekannten Heißluftmaschinen bzw. Kältemotoren keine Rolle. Die Zeichnungen zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, veranschaulichen Bauart und Wirkungsweise des Heißluftmotors und zeigen weitere erfinderische Einzelheiten.The visibility of the barrel played a role in the well-known hot air machines or refrigeration motors are irrelevant. The drawings show preferred embodiments of the invention, illustrate the design and operation of the hot air engine and show further inventive details.

F i g. 1 zeigt im Querschnitt, teilweise in Ansicht (geschnitten), eine Maschine gemäß der Erfindung, während F i g. 2, 3 und 4 in Seitenansicht und teilweise im Schnitt Einzelheiten der Kolbenanordnung und Abdichtung zeigen.F i g. 1 shows in cross section, partly in view (cut), a machine according to the invention, while FIG. 2, 3 and 4 in side view and showing partially in section details of the piston assembly and seal.

Der Zylinder 1 der Heißluftmaschine - z. B. aus Glas - ist etwa in der Mitte seiner Längsausdehnung versehen mit einem Ringbrenner 2 mit nach oben gerichteten Gasaustrittsöffnungen für die Erhitzung des oberen Zylinderteils. Unterhalb dieses Ringbrenners ist ein Kühlwasserring 3 mit nach unten gerichteten Lochungen vorgesehen zum Kühlen des unteren Teils des Zylinders.The cylinder 1 of the hot air machine - e.g. B. made of glass - is about in the middle of its longitudinal extent provided with a ring burner 2 with upwards directed gas outlet openings for heating the upper cylinder part. Below this ring burner is a cooling water ring 3 with downwardly directed perforations intended for cooling the lower part of the cylinder.

In dem oberen Teil des Zylinders ist eine Streckmetallhülse 4 vorgesehen, die den Verdrängerkolben 5 führt und das Strömen von Luft in axialer Richtung gestattet, wobei die Streckmetallhülse 4 Wärme aufnimmt bzw. abgibt.In the upper part of the cylinder an expanded metal sleeve 4 is provided which guides the displacement piston 5 and allows air to flow in the axial direction, the expanded metal sleeve 4 absorbing or emitting heat.

Mit dem Verdrängerkolben 5 ist axial starr ein Kolbenstangenteil6 verbunden, der durch ein Gelenk 7 in Verbindung steht mit dem Pleuel B. Der Arbeitskolben 9 ist exzentrisch starr mit einer hohl ausgebildeten Kolbenstange 10 verbunden, die auf ein Kurbelgetriebe 11 wirkt, wobei der Kurbelzapfen 12, an dem das Pfeuel 8 der Verdrängerkolbenstange 6 angreift, gegenüber dem Kurbelzapfen 13, an dem die Kolbenstange 10 des Arbeitskolbens 9 angreift, phasenverschoben angeordnet ist.A piston rod part 6 is axially rigidly connected to the displacement piston 5 and is connected to the connecting rod B by a joint 7. on which the rod 8 engages the displacement piston rod 6, is arranged out of phase with respect to the crank pin 13 on which the piston rod 10 of the working piston 9 engages.

Durch den Arbeitskolben 9 geht anschließend an die Höhlung der Kolbenstange 10 eine Bohrung (nicht (yezeichnet) durch den Arbeitskolben hindurch, so daß der Arbeitszylinderraum mit der Außenluft in Verbindung gesetzt werden kann, z. B. durch ein an der Kolbenstange 10 vorgesehenes Ventil 14. A bore (not (shown) through the working piston then passes through the working piston 9 to the cavity of the piston rod 10 , so that the working cylinder space can be connected to the outside air, e.g. through a valve 14 provided on the piston rod 10 .

Infolge der starren Verbindung des Arbeitskolbens 9 mit seiner Kolbenstange 10 führt der Arbeitskolben 9 nicht nur axiale Bewegungen, sondern auch Schwenkbewegungen durch.As a result of the rigid connection of the working piston 9 with its piston rod 10 , the working piston 9 performs not only axial movements but also pivoting movements.

Der sowohl hin- und hergehende als auch schwingende Arbeitskolben wird im Zylinder erfindungsgemäß abgedichtet, z. B. durch eine Manschette (F i g. 3, 15), deren Außenmantel die Form eines Kugelabschnittes hat. Ihr Andruck an die Zylinderwand wird zweckmäßig durch ein geeignetes Federelement 16, hier eine Wurmfeder, unterstützt.The reciprocating as well as the oscillating working piston is sealed in the cylinder according to the invention, for. B. by a cuff (F i g. 3, 15), the outer jacket of which has the shape of a spherical segment. Your proof to the The cylinder wall is expediently supported by a suitable spring element 16, here a worm spring, supports.

Die Kolbenstange 6 des Verdrängerkolbens 5 ist durch eine zentrale Durchlochung 17 des Arbeitskolbens 9 hindurchgeführt, die ein Führungs- und Dichtungselement 18 von Kugelgestalt aufnimmt, das gehalten wird durch einen Ring aus Gummi oder anderem elastischem Material 19, der wiederum gehalten wird durch einen Sperr-Ring 20, der in einer Ringnut der zentralen Ausnehmung des Arbeitskolbens 9 liegt; durch die zentrale Bohrung 21 des Elements 18 geht die Kolbenstange 6 des Verdrängerkolbens 5 hindurch und kann sich in axialer Richtung abgedichtet verschieben, während der Kolben 9 abgedichtet um das Dichtungselement 14 schwenken kann. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das Gelenk 7 zwischen Verdrängerkolbenstange 6 und Pleuel 8 aus einem Metallrohrstück 22, das einen kurzen Streifen 23 aus biegbarer Stahlblattfeder, Kunststoff oder Gummi mit der Kolbenstange 6 verbindet, wobei das andere Ende dieses biegsamen Bindegliedes gehalten wird von dem als Metallhülse ausgebildeten Pleuel B.The piston rod 6 of the displacement piston 5 is passed through a central perforation 17 of the working piston 9, which receives a guide and sealing element 18 of spherical shape, which is held by a ring made of rubber or other elastic material 19, which in turn is held by a locking Ring 20, which lies in an annular groove in the central recess of the working piston 9; The piston rod 6 of the displacement piston 5 passes through the central bore 21 of the element 18 and can move in the axial direction in a sealed manner, while the piston 9 can pivot around the sealing element 14 in a sealed manner. According to a preferred embodiment of the invention, the joint 7 between the displacement piston rod 6 and connecting rod 8 consists of a metal tube piece 22 which connects a short strip 23 made of flexible steel leaf spring, plastic or rubber to the piston rod 6, the other end of this flexible link being held by the connecting rod designed as a metal sleeve B.

Wird der Ringbrenner 2 mit einem brennbaren Gas beschickt, entzündet und gleichzeitig der Kühlwasserring 3 mit Kühlwasser versorgt, so dehnt sich infolge der Erwärmung die Luft im oberen Teil des Zylinders 1, z. B. aus Glas, aus, treibt den Arbeitskolben 9 nach unten, wobei über das Getriebe 11 der Verdrängerkolben 5 nach oben geführt wird und die Luft in den kalten Zylinderteil nach unten verdrängt. Infolge der Abkühlung der Luft im unteren Zylinderteil, die schon an die Streckmetallhülse 4 einen Teil ihrer Wärme abgegeben hat, wird der Arbeitskolben 9 nach oben gezogen, die kalte Luft strömt durch die Streckmetallhülse 4, deren Wärme aufnehmend nach oben, und der Vorgang wiederholt sich.If the ring burner 2 is charged with a combustible gas, ignited and at the same time the cooling water ring 3 is supplied with cooling water, the air in the upper part of the cylinder 1 expands as a result of the heating, e.g. B. made of glass, drives the working piston 9 downwards, the displacement piston 5 is guided upwards via the transmission 11 and displaces the air in the cold cylinder part downwards. As a result of the cooling of the air in the lower part of the cylinder, which has already given off some of its heat to the expanded metal sleeve 4, the working piston 9 is pulled upwards, the cold air flows through the expanded metal sleeve 4, absorbing its heat upwards, and the process is repeated .

Das Ventil 14 dient dazu, den niedrigsten Druck der beim Arbeitsspiel im Zylinder auftritt, dem Außendruck anzupassen. Der mittlere Druck liegt damit über dem Atmosphärendruck, was den Wirkungsgrad erhöht.The valve 14 is used to maintain the lowest pressure during the work cycle occurs in the cylinder to adapt to the external pressure. The mean pressure is thus above atmospheric pressure, which increases the efficiency.

Claims

Claims: 1. Hot air motor or refrigeration machine for demonstrations with a suitably dome-shaped closed cylinder open at the other end clear material, e.g. B. Glass, using displacement piston and working piston, characterized by the displacement piston at a distance from the cylinder surfaces leading, the flow of air in the axial direction allowing grille sleeve, in particular made of mutually offset metal webs or bands through which the air zigzags Giving heat or absorbing heat flows.

2. Hot air motor or refrigeration machine according to claim 1, characterized by a grid sleeve made of one or more Layers of expanded metal.

3. hot air motor or refrigeration machine according to claim 1 or 2, characterized by a working piston with an eccentrically provided rigidly on it connected piston rod and an axially guided displacement piston rod, whose Passage through the pivoting movements executing working piston is sealed.

4. Hot air engine according to claim 3, characterized by one opposite the displacement piston rod sealed sealing piece with spherical or spherical part-shaped outer surfaces, the sealingly movable in correspondingly shaped central bore surfaces of the Fit working piston.

5. hot air engine according to claim 3 or 4, characterized by sealing the working piston against the cylinder surfaces by means of spherical surfaces Formation of the piston jacket surfaces from an elastic material and / or a sleeve-shaped design of the piston jacket surfaces made of elastic material.

6. hot air motor or refrigeration machine according to claim 3, 4 or 5, characterized by an articulated connection between the displacement piston rod and the associated connecting rod made of an elastic or flexible strip made of steel, plastic, rubber or fabric. Considered publications: German Patent Specifications No. 89496, 26656; French Patent No. 400,548; British Patent No. 773 540; U.S. Patent Nos. 2,648,527, 1775,892.