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Explosionsflüssigkeitsheber mit im Zweitakt schwingender Flüssigkeitssäule.
Die Erfindung bezieht sich auf Explosionspumpen, und zwar insbesondere auf eine
Explosionspumpe mit im Zweitakt schwingender Flüssigkeitssäule und einem in der
Verbrennungskammer befindlichen die Ladung steuernden Kolben-Explosionspumpen dieser
Art sind bereits bekanntgeworden, und zwar wirkt bei derartigen Pumpen der die Ladung
steuernde Kolben meist in derselben Weise wie bei einer Verbrennungskraftmaschine
gewöhnlicher Bauart.
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Hiervon unterscheidet sich der Anmeldungsgegenstand dadurch, daß die
Hauptfunktion des die Ladung steuernden Kolbens darin besteht, die Verbrennungsprodukte
von der eintretenden frischen Ladung zu trennen.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der die Ladung
steuernde Kolben die von ihm angesaugte und komprimierte Ladung nach Ausstoßung
der Rückstände der vorigen Verbrennung von seiner Oberseite nach der Unterseite
überschiebt, worauf die Verbrennung zwischen der Flüssigkeitssäule und dem Steuerkolben
erfolgt.
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Auf den beiliegenden Zeichnungen sind in Fig. I und 2 zwei Ausführungsbeispiele
von Explosionspumpen gemäß der Erfindung im Schnitt dargestellt.
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Bei der in Fig. I dargestellten Ausführungsform ist der Arbeitszylinder
oder die eigentliche Verbrennungskammer 4. mit einem Zylinderkopf 5 versehen. Sie
besitzt einen Ladekolben in Scheibenform 6, die bei jener Ausführungsform der Erfindung
in der gezeichneten Stellung sich gegen die Stirnwand des Zylinders legt. Der Ladekolben
braucht in die Arbeitskammer nicht dicht einzupassen, insbesondere nicht, wenn die
Expansion in der Kammer unter den atmosphärischen Druck gelangen soll. Es tritt
dann keinerlei Bestreben der verbrennbaren Gase auf, an dem Kolben vorbeizugehen
und sich mit der Frischladung zu vermischen. In keinem Falle wird ein geringer Betrag
an Undichtigkeif ernsthafte Folgen haben. Mit dem Scheibenkolben 6 ist ein Tauchkolben
7 verbunden, welcher durch den Zylinderkopf 5 hindurchgeht. Dieser Tauchkolben besitzt
eine Anschlagwulst 8, welche den Kolbenhub beim Laden begrenzt. Erforderlichenfalls
kann dieser Anschlag auch verstellbar an dem Tauchkolben so angeordnet sein, daß
man den Hub des Ladekolbens ändern kann: Auch können andere Anordnungen zur Hubbegrenzung
des Ladekolbens verwendet werden. In dem Kopf 5 befindet sich ein als Rückschlagventil
ausgebildetes Einlaßventil g, welches vorteilhaft selbsttätig wirkt und sich öffnet,
so bald der Druck innerhalb des- Zylinders unter den Atmosphärendruck fällt, sich
jedoch schließt, wenn der Druck in dem Zylinder größer wird. In der Seitenwandung
des Zylinders ist ein wenig unterhalb des Zylinderkopfes ein Auslaßventil zo angeordnet,
welches so angeordnet ist, daß es sich selbsttätig öffnet, sobald der Druck innerhalb
des Zylinders unter einen vorausbestimmten Wert fällt. Die Spindel des Ventils ro
steht unter der Wirkung einer Feder '93, die so stark ist oder deren Stärke so geregelt
werden kann, daß, wenn der Druck innerhalb des Arbeitszylinders auf den erforderlichen
Betrag gefallen ist, das Auslaßventil sich von seinem Sitze abheben und somit in
der gewünschten Zeit sich öffnen muß. In dem oberen
Teil der Zylinderwandung
ist eine Nut II angeordnet, durch die ein Teil des brennbaren Gemisches auf die
andere Seite des Ladekolbens gelangt, wenn dieser sich nach oben bewegt. Die Flüssigkeitssäule
I2 wirkt als Arbeitskolben. In dem oberen Teile des Zylinders ist eine mit einer
Magnetmaschine oder einer anderen Elektrizitätsquelle I4 in Verbindung stehende
Zündkerze I3 angeordnet. Der an diese angeschlossene Stromkreis besitzt einen Stromunterbrecher,
welcher durch den Ladekolben geschlossen werden kann, sobald er an oder nahe seinem
oberen Hubende angelängt ist. Der Zündstrom geht durch eine Stange I5 hindurch,
welche in einem isolierten Querstück I6 geführt ist. Die Stange I5 trägt an ihrem
unteren Ende ein Polstück 24, welches mit dem oberen Ende des Kolbens 7 in Berührung
kommt und den Stromkreis schließt. Ihr Hub ist durch einen Anschlag 25 begrenzt.
Gewöhnlich wird diese Stange durch eine Feder 26 nach unten gedrückt, so daß der
Kontakt 24 von dem oberen Ende des Kolbens 7 mitgenommen wird, nachdem er damit
in Berührung gekommen ist. Durch ein Rohr I7 wird brennbares Gemisch unter geeignetem
Druck, der auch unterhalb des Atmoshärendruckes liegen kann, zugeleitet. Der Zylinder
4 ist an ein wagerechtes mit Wasser gefülltes Rohrstück I8, angeschlossen, das mit
Wassereinlaßventilen I9 versehen ist. Diese ermöglichen den Eintritt des Wassers
vom Zulaß 2o aus. Das Ableitungsrohr 2I mündet in einen Hochdruckbehälter 22 für
die zu pumpende Flüssigkeit.
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Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform trägt der Arbeitszylinder
3o einen Zylinderkopf 3I; dieser besitzt ein selbsttätiges Rückschlagventi132, durch
welches das durch das Rohr 33 zugeführte brennbare Gemisch in die Arbeitskammer
eintritt. Ein Auslaßventil 34 wirkt ähnlich wie das in Fig. I mit Io bezeichnete
Auslaßventil. Die Flüssigkeitssäule 35 trägt bei dieser Ausführungsform einen Schwimmer
36 von beliebiger Anordnung. Er besteht beim Ausführungsbeispiel aus einem Kopf
37, der sich mit geringem Spiel in dem Zylinder bewegt, und einem Schaft 38 von
geringerem Durchmesser. Der Schwimmer wird durch Führungen 39 in mittlerer Lage
und in dem Zylinder gehalten. Das Spiel zwischen der Zylinderwandung und dem Schwimmerkopf
37 genügt, um das auf die Oberfläche des Schwimmers aus der Auspuffventilkammer
oder sonstwie herabtropfende Wasser abzuleiten. Um den unteren Teil 38 ist genügend
freier Raum vorlanden, um der Flüssigkeit 35 freien Zutritt zu dem Auspuffventil
34 zu geben und dieses in dem erforderlichen Zeitraum rasch zu schließen. Die Verwendung
des Schwimmers ist ganz besonders vorteilhaft, wenn es sich darum handelt; ein Spritzen
der Flüssigkeit möglichst zu verhindern. Der Ladekolben 41 besteht aus einer beweglichen
Scheibe, welche durch eine Vorrichtung in Abhängigkeit von den Änderungen de3 Druckes
in dem Arbeitszylinder oder der Flüssigkeitssäule bewegt wird. Er besitzt eine Kolbenstange
42, welche durch eine Bohrung des Zylinderkopfs 3I hindurchgeht. Mit dieser Kolbenstange
ist die Kolbenstange 43 eines Kolbens 44 verbunden, welcher in einem kleinen Zylinder
45 arbeitet. Dieser steht in leitender Verbindung mit dem Hauptarbeitszylinder unterhalb
_ des niedrigsten Flüssigkeitsspiegels, welcher durch die den Arbeitskolben bildende
Flüssigkeitssäule erreicht werden kann, so daß der Kolben 4¢ immer unter dem Einfluß
des Flüssigkeitsdruckes des Arbeitskolbens steht: Zwischen den Kolbenstangen 42
und 43 können beliebige Verbindungsglieder vorgesehen sein: beispielsweise ist ein
Schwinghebel 47 mit zwei Bogenstücken vorgesehen, an deren einem 46 die Kolbenstange
42 durch ein Band 48, an deren anderem 49 die Kolbenstange 43 durch ein Band 5o
angelenkt ist. Die Unterfläche des Kolbens 44 ist dem atmosphärischen Druck entweder
unmittelbar oder durch eine Kammer 51: ausgesetzt, welche eine geringe Flüssigkeitsmenge
52 enthält, um eine Art Dämpfung zu erreichen. Der Ladekolben 4.= wird entweder
durch sein Eigengewicht nach unten gezogen, oder es kann zur Beschleunigung dieser
Bewegungen beispielsweise eine -Feder 53 angeordnet sein, deren unteres Ende in
ein schalenförmiges Druckstück 54 der Kolbenstange 42 eingreift. Das obere Ende
der Feder 53 drückt gegen ein Querstück 55, das beispielsweise durch. Säulen 56
mit dem Zylinderkopf 31 verbunden ist. Bei dieser abgeänderten Ausführungsform der
Erfindung wird der Abwärtsgang des Kolbens durch einen Anschlag 57 im Arbeitszylinder
begrenzt. Statt eines Überströmschlitzes in der Zylinderwandung besitzt der Ladekolben
Kanäle 58, welche zweckmäßig durch Rückschlagventile 59 verschlossen sind. Diese
schließen sich, wenn der Ladekolben nach unten geht, öffnen sich aber, -wenn der
Ladekolben sich aufwärts bewegt, -so daß dann die Ladung durch die Kanäle überströmen
kann. In manchen Fällen können diese .Ventile auch fortbleiben,- da- die engen Kanäle
einem raschen Durchgang der Gase an sich schon genügenden Widerstand entgegensetzen.
-Die Wirkungsweise der in Fig. i dargestellten Ausführungsform ist folgende: -Angenommen,
eine Ladung brennbaren Gemisches sei in der Verbrennungskammer durchden Aufwärtsgang
der Flüssigkeitssäule z2 komprimiert worden, so wird der Ladekolben 6 durch den
Druck der unter ihm komprimierten Ladung fest gegen den Zylinderkopf 5 gedrückt,
wodurch der Zündstromkreis geschlossen wird. In Fig. i ist diese Stellung dargestellt.
Bei der
nun erfolgenden Zündung wird die Flüssigkeitssäule durch
die Verbrennung der Ladung nach unten getrieben, bis das Auspuffventil Io sich öffnet.
Hierdurch kann gegebenenfalls auch noch eine geringe Menge von Luft eingesaugt werden,
je nachdem die Expansion unter den atmosphärischen Druck getrieben wird oder nicht.
In jedem Falle beginnen die verbrannten Gase durch das Auspuffventil sehr rasch
zu entweichen, sobald dieses geöffnet ist. Der Ladekolben verbleibt in der dargestellten
Lage, bis der Druck in dem Zylinder unter einen gewissen Wert sinkt, was vor oder
nach dem Öffnen des Auspuffventils eintreten kann. Hierauf verläßt der Ladekolben
den Zylinderkopf und beginnt seine Abwärtsbewegung unter Wirkung seines Eigengewichtes.
Diese Wirkung kann aber auch noch durch die Ungleichheit des durch die Expansion
der Ladung hervorgebrachten Drucks über und unter dem Ladekolben unterstützt werden,
oder aber es kann eine Feder o. dgl. angeordnet sein, um den Abwärtsgang des Ladekolbens
zu beschleunigen. Die Abwärtsbewegung des Ladekolbens hat einen Druckabfall hinter
ihm zur Folge, wodurch das Einsaugen einer neuen Ladung durch das Einlaßventil g
bewirkt wird. Da die Bewegung des Ladekolbens begrenzt ist, wird der, Betrag der
Ladung immer auf das genaueste abgemessen. Die frische Ladung ist von den verbrannten
Gasen getrennt durch den Ladekolben, der die verbrannten Gase vor sich her und ausschiebt.
Das vollständige Ausschieben der Verbrennungsrückstände erfolgt alsdann beim Rückwärtshub
der Flüssigkeitssäule 1z. Das Auspuffventil schließt sich ungefähr zu dem Zeitpunkt,
da die Flüssigkeitssäule es erreicht. Vorteilhaft wird das Ventil so ausgebildet,
daß es durch die Flüssigkeit geschlossen wird, sobald diese im Begriff steht, den
Gasen durch das Ventil zu folgen. Es empfiehlt sich auch, eine geringe Menge verbrannten
Gases oder Luft zwischen der Flüssigkeitssäule oder der Oberfläche des Schwimrners,
sofern ein solcher benutzt wird, und dem Ladekolben: zu belassen, um als Luftkissen
zu wirken. Sobald das Auspuffventil sich geschlossen hat, steigt der Druck in dem
Zylinder rasch, so daß auch der Ladekolben 6 seine Aufwärtsbewegung beginnen muß.
Aus leicht ersichtlichen Gründen ist es nicht zweckmäßig, eine unmittelbare Verbindung
zwischen dem Flüssigkeitskolben und dem Ladekolben zu dessen Bewegung anzuordnen;
ebenso wäre es auch bedenklich, den Ladekolben selbst unmittelbar mit einem Schwimmer
zu verbinden.
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Bei dem Erfindungsgegenstand werden die Änderungen der Drücke innerhalb
der Arbeitskammer zur Bewegung des Ladekolbens benutzt, und bei der dargestellten
Ausführungsform ist beispielsweise der Aufwärtsgang des Ladekolbens eine Folge des
Unterschiedes der wirksamen Flächen seiner beiden Seiten. Die wirksame Fläche der
Kolbenoberseite ist nämlich geringer als die der Unterseite. Wenn der Ladekolben
sich in seiner unteren Stellung befindet und eine frische Ladung eingesaugt hat,
wird beim Aufwärtsgang der Flüssigkeitssäule der Inhalt der Arbeitskammer komprimiert,
wobei zuerst die Gasmenge unterhalb des Ladekolbens komprimiert und dieser unmittelbar
angehoben wird, bis ein Druckausgleich auf beiden Seiten des Ladekolbens erreicht
ist. Da die wirksame Fläche der Oberseite des Ladekolbens geringer ist als die seiner
Unterseite, muß der Gesamtdruck auf die Kolbenunterfläche größer sein als der Gesamtdruck
auf seine obere Fläche,. so daß also der Ladekolben seine Aufwärtsbewegung vollendet.
Wären keinerlei Vorrichtungen vorhanden, um das Überströmen der Ladung um den Ladekolben
herum zu ermöglichen, so würde offenbar ein Gleichgewichtszustand erreicht werden,
wobei die Ladung nur oberhalb des Ladekolbens komprimiert würde. Dieser Zustand
kann aber nicht eintreten, da jedes Ansteigen des Druckes der Ladung oberhalb des
Kolbens diese zwingt, um den Ladekolben herum nach unten zu strömen, so daß der
Ladekolben .seinen Aufwärtsgang vollenden kann. Zwischen dem Ra.u-n über und unter
dem Kolben besteht während des ersten Teiles der Aufwärtsbewegung keine wirksame
Verbindung, so daß die Bewegung des Ladekolbens während dieses Teiles des Hubes
durch die Drucksteigerung oberhalb des Kolbens verzögert wird und der Kolben das
Bestreben hat, nahe der Oberfläche der Flüssigkeitssäule zu verbleiben, wodurch
ein Zerspritzen der Flüssigkeit verhindert wird. Sobald aber der Ladekolben bei
seiner Aufwärtsbewegung den unteren Teil des Überströmschlitzes ii freigibt, entsteht
ein Durchlaß für die Ladung um den Kolben herum, so daß dieser den Rest seines Weges
rascher durchläuft und, wenn die Ladung gänzlich auf die untere Kolbenseite übergetreten
ist, an den Zylinderkopf stoßt. In dem Augenblick, da der Ladekolben das obere Ende
seines Weges erreicht hat, oder kurz davor; schließt sich auch der Zündungsstromkreis,
die Ladung wird entzündet und somit der beschriebene Kreislauf wiederholt. Es genügt
ein geringer Druck; um den Ladekolben zu veranlassen, seinen Aufwärtsgang zu beginnen.
Es ist jedoch eine gewisse -Zeit notwendig, bis daß die Zündung erfolgen darf. Der
Überströmschlitz ii ist daher insofern von Vorteil, als die verzögernde oder dämpfende
Wirkung der Ladung den Gang des Ladekolbens bis zu einem solchen Betrage verzögert,
daß er den Zündungsstromkreis beim ungefähren Erreichen der Höchstkompression schließt.
Wenn der Ladekolben einmal gehoben ist, bleibt er so lange in seiner obersten Lage,
als der Druck in der Verbrennungskammer über dem niedrigen
Werte
verbieibt, welcher zur Einleitung seiner Bewegung notwendig war. Auf diese Weise
bleibt der Zündungsstromkreis für eine beträchtliche Zeitdauer geschlossen, und
für den Fall, daß eine Zündung versagen sollte in dem Augenblick, wo der Kontakt
entsteht, ist die Möglichkeit einer nachträglichen Zündung gegeben.
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Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist
im wesentlichen der eben beschriebenen gleich. In der gezeichneten Stellung der
einzelnen Teile ist das Auspuffventil 34 offen und die Flüssigkeitssäule 35 beginnt
ihren Aufwärtsgang. Sobald aber der Flüssigkeitsspiegel das Auspuffventil 34 erreicht,
muß dieses sich schließen, und der Druck in dem engen Raum zwischen dem Schwimmer
36 und dem Ladekolben 4I muß somit rasch steigen und den Ladekolben nach oben treiben.
Sobald aber der Ladekolben hochgeht, wird die über ihm befindliche Ladung komprimiert,
und der Druck im ganzen Arbeitszylinder steigt an. Das Ansteigen des Druckes hält
an, bis der Flüssigkeitsdruck auf den Kolben 44 so stark wird, daß er nach unten
geht und dabei den Ladekolben 4I gegen den Zylinderkopf 3I mitnimmt. Die Ladung
strömt inzwischen durch die Kanäle 58 auf die untere Seite des Ladekolbens über.
Nunmehr wird die Ladung durch geeignete Maßnahmen entzündet, und der Schwimmer 36
und die Flüssigkeitssäule 35 werden durch die Expansion der Ladung nach unten getrieben.
Wenn der Druck genügend gefallen ist, öffnet sich das Auspuffventil 34, und der
Druck in dem Zylinder sinkt noch mehr. Hiermit fällt der Druck der Flüssigkeit auf
den Kolben 44, und der Ladekolben 4I kann sich unter seinem Eigengewicht und dem
Druck der Feder 53 nach unten bewegen. Dabei aber saugt er eine frische Ladung durch
das Ventil 32 ein. Der Kreislauf wird dann wiederholt. Die Kolben 41 und 44 sind
zweckmäßig durch nachgiebige Verbindungsmittel oder sonstige, einen toten Gang ermöglichende
Vorrichtungen verbu-Zden, so daß der Kolben 41 bei seinem Aufw 'titsgang beschleunigt
werden kann, ohne die Trägheit des Kolbens 44 überwinden zu müssen.