AT511615B1 - Motor - Google Patents

Abstract

Ein Motor mit zumindest einem Kolben (3) und zumindest einem Arbeitsraum (4, 5), über welchen der zumindest eine Kolben (3) beaufschlagbar ist, wobei zumindest ein in den Arbeitsraum (4, 5) mündender Versorgungskanal für ein gasförmiges Arbeitsmedium vorgesehen ist, und in dem zumindest einen Versorgungskanal oder in dem Arbeitsraum (4, 5) zumindest eine lonisationsvorrichtung (10) zur Ionisierung des Arbeitsmediums und zur Erzeugung eines Plasmas aus dem in dem zumindest einen Arbeitsraum (4, 5) befindlichen Arbeitsmedium angeordnet ist, wobei die lonisationsvorrichtung ein Gehäuse (17) aufweist, welches die zumindest eine Elektrode (15) zumindest abschnittsweise umhüllt, wobei das Gehäuse (17) zumindest eine Ansaugöffnung und zumindest eine Auslassöffnung für das Arbeitsmedium aufweist.

Description

österreichisches Patentamt AT511615B1 2013-01-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Motor mit zumindest einem Kolben und zumindest einem Arbeitsraum, über welchen der zumindest eine Kolben beaufschlagbar ist, wobei zumindest ein in den Arbeitsraum mündender Versorgungskanal für ein gasförmiges Arbeitsmedium vorgesehen ist.

[0002] Herkömmliche Verbrennungsmotoren weisen einen relativ geringen Wirkungsgrad sowie einen hohen Verbrauch an fossilen Brennstoffen auf. Aus diesem Grund wurden im Automobilbau schon zahlreiche Alternativen wie beispielsweise Elektromotoren vorgeschlagen. Allerdings weisen alle bekannten Motoren zum Teil gravierende Nachteile, wie beispielsweise Ladedauer und Lebensdauer bei Batteriebetriebenen Fahrzeugen auf.

[0003] Die DE 2708148 A1 betrifft einen Motor mit einem Arbeitsraum, in welchem Elektroden zur Ionisierung eines Arbeitsmediums angeordnet sind.

[0004] Die US20060201156 A1 hat einen Motor zum Gegenstand, welcher ein Plasma als Arbeitsmedium aufweist, welches durch Verdampfen und Ionisieren einer Flüssigkeit hergestellt wird. Hierzu wird eine in einer Zuleitung zu einer Arbeitskammer angeordnete Heizvorrichtung verwendet.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Motor zu schaffen, der keine fossilen Treibstoffe zu seinem Betrieb benötigt und sich sowohl durch einen hohen Wirkungsgrad als auch eine hervorragende Wirtschaftlichkeit auszeichnet.

[0006] Dies Aufgabe wird mit einem Motor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in dem zumindest einen Versorgungskanal und/oder in dem Arbeitsraum zumindest eine lonisationsvorrichtung zur Ionisierung des Arbeitsmediums und zur Erzeugung eines Plasmas aus dem in dem zumindest einen Arbeitsraum befindlichen Arbeitsmedium angeordnet ist.

[0007] Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht mit einem geringen Energieaufwand eine sehr effiziente Erzeugung eines großen Arbeitsdrucks in dem Arbeitsraum, um den Kolben anzutreiben.

[0008] Die Erzeugung eines Plasmas lässt sich auf sehr effiziente Weise dadurch bewerkstelligen, dass die lonisationsvorrichtung zumindest eine Elektrode aufweist.

[0009] Weiters kann die die lonisationsvorrichtung ein Gehäuse aufweisen, welches die zumindest eine Elektrode zumindest abschnittsweise umhüllt, wobei das Gehäuse zumindest eine Ansaugöffnung und zumindest eine Auslassöffnung für das Arbeitsmedium aufweist.

[0010] Um ein gutes Ansaugen von ionisiertem Arbeitsmedium in die Arbeitskammer zu ermöglichen, kann das Gehäuse zumindest eine Öffnung aufweisen, deren Fläche zumindest ein Drittel der Gehäuseoberfläche beträgt.

[0011] Darüber hinaus kann das das Gehäuse aus Glas gefertigt sein.

[0012] Um das Plasma zu beschleunigen, kann der lonisationsvorrichtung zumindest eine Beschleunigungsvorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes nachgeschaltet sein. Hierbei kann die die Beschleunigungsvorrichtung zumindest einen Magneten in Form eines Elektromagneten oder eines Permanentmagneten aufweisen.

[0013] Dadurch, dass das Arbeitsmedium in einem geschlossenen Kreislauf welcher den Arbeitsraum und den Versorgungskanal umfasst, geführt ist, kann das Arbeitsmedium rückgewonnen werden.

[0014] Als Arbeitsmedium haben sich besonders Quecksilberdampf und/oder Kupfer und/oder Argon und/oder Natriumdampf bewährt.

[0015] Eine besonders vorteilhafte Variante der Erfindung, welche sich durch einen sehr guten Wirkungsgrad auszeichnet, sieht vor, dass der Motor als Schwingkolbenmotor mit zumindest 1 π österreichisches Patentamt AT 511 615 B1 2013-01-15 einem Zylinder mit einem im Zylinder koaxial gelagerten, gegensinnig über je einen Arbeitsraum beaufschlagbaren Schwingkolben, der die beiden Arbeitsräume von einem Kurbelraum mit zwei zur Zylinderachse parallelen Kurbelwellen trennt, die zu einer axialen Mittelebene des Zylinders symmetrisch angeordnet und über ein Umkehrgetriebe antriebsverbunden sind sowie Kurbelzapfen aufweisen, die mit bezüglich einer axialen Mittelebene des Schwingkolbens symmetrischen Nockenbahnen abwechselnd Zusammenwirken, wobei in jeden Arbeitsraum zumindest ein Versorgungskanal mündet und in beiden Arbeitsräumen und/oder in beiden Versorgungskanälen je zumindest eine lonisationsvorrich-tung angeordnet ist.

[0016] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

[0017] Es zeigen jeweils in stark schematisch vereinfachter Darstellung: [0018] Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Motor in einem schematischen Schnitt senkrecht zur Zylinderachse; [0019] Fig. 2 zeigt den Motor aus Fig. 1 in einem schematischen Schnitt parallel zur Zylinder achse.

[0020] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiters können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.

[0021] Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen Schwingkolbenmotor. Der dargestellte Schwingkolbenmotor kann einen kreiszylindrischen Rohrkörper mit beidseitigen Stirnwänden als Zylinder 1 aufweisen, der einerseits durch einen Einsatz 2 und andererseits durch einen Schwingkolben 3 begrenzte begrenzte Arbeitsräume 4 und 5 sowie zwischen diesen Arbeitsräumen 4 und 5 einen vom Schwingkolben 3 umschlossenen Kurbelraum 6 bildet. Dieser Kurbelraum 6 kann durch eine feste Trennwand 7 in zwei Druckräume 8 und 9 unterteilt werden, die jeweils mit dem entfernteren der beiden Arbeitsräume 4, 5 in Strömungsverbindung stehen können. Die entsprechenden Strömungskanäle sind hier nicht explizit dargestellt. Innerhalb der beiden Druckkammern 8 und 9 können zwei zur Zylinderachse symmetrisch angeordnete, parallele Kurbelwellen 11,12 vorgesehen sein, die über ein nicht dargestelltes Umkehrgetriebe, vorzugsweise ein Zahnradpaar, miteinander antriebsverbunden sind. Die Kurbelzapfen 13 dieser Kurbelwellen 11,12 wirken abwechselnd mit bezüglich einer axialen Mittelebene des Schwingkolbens 3 symmetrischen Nockenbahn 14 zusammen. Wird einer der beiden Arbeitsräume mit Druck eines Arbeitsmittels beaufschlagt, beispielsweise über Versorgungskanäle im Einsatz 2, so wird der Schwingkolben 3 von der einen in die andere Anschlagstellung um seine Drehachse 16 verschwenkt.

[0022] Die Druckbeaufschlagung der Arbeitsräume 4 und 5 erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung durch Kompression des Gases und dessen Ionisierung. Zur Erzeugung eines Plasmas aus dem in dem Arbeitsraum 4, 5 befindlichen und komprimierten Gases ist in einem oder in beiden Versorgungskanälen oder in einem o-der in beiden der Arbeitsräume 4, 5 eine lonisa-tionsvorrichtung 10 angeordnet. Die lonisationsvorrichtung 10 kann eine oder mehrere Elektroden 15, beispielsweise in Form einer Gitterelektrode aufweisen. Weiters kann die lonisationsvorrichtung, wie in Fig. 2 dargestellt, ein Gehäuse 17 aufweisen, welches die zumindest eine Elektrode 15 zumindest abschnittsweise umhüllt, wobei das Gehäuse 17 zumindest eine Ansaugöffnung und zumindest eine Auslassöffnung für das Arbeitsmedium aufweist. Um ein gutes Einströmverhalten von ionisiertem Material in die Arbeitskammer 4, 5 zu gewährleisten kann 2/7 österreichisches Patentamt AT511615B1 2013-01-15 das Gehäuse 17 zumindest eine Öffnung aufweisen, deren Fläche zumindest ein Drittel der Gehäuseoberfläche beträgt. Diese Öffnung ist bevorzugt an einem der Arbeitskammer zugewandten Bereich angeordnet.

[0023] In der Arbeitskammer 4, 5 wird das Gas mittels des Kolbens 3 stark komprimiert, sodass der Druck und die Dichte des Arbeitsmediums gesteigert werden. Das Arbeitsmedium (Gasgemisch) kann durch die Kompression eine Temperatur von beispielsweise 160°C erreichen.

[0024] Durch Beaufschlagung der Elektroden 15 mit Strom bzw. Spannung kann ein elektrisches Feld erzeugt werden, durch welches das in dem Arbeitsraum befindliche und komprimierte Gas ionisiert wird. Um die Ionisation des Gases zu verbessern, kann eine optionale Heizung, beispielsweise in Form eines Drahtes zwischen den Elektroden 15 vorgesehen sein. Um einen Wärmeverlust zu minimieren, kann der Motor eine thermische Isolierungsschicht aufweisen. Dies Isolierungsschicht ist mit dem Bezugszeichen 18 in den Figuren 1 und 2 gekennzeichnet.

[0025] Durch die lonisationseinrichtung 10 ist es möglich, elektrische Ladungen stoßartig in das Arbeitsmedium einzubringen. Das Gas strömt hierbei über die lonisations-vorrichtung 10 in die Arbeitskammer 4, 5, wobei aus dem Gas durch „Einschließen" von Elektroden ein Plasma erzeugt wird. Um die Elektronen zu beschleunigen kann der lonisationsvorrichtung 10 eine Beschleunigungsvorrichtung nachgeschaltet sein, welche ein magnetisches Feld erzeugt, welches von dem ionisierten Arbeitsmedium durchströmt wird. In diesem magnetischen Feld wird der Plasmastrom aufgrund der Lorentzkraft beschleunigt. Die Beschleunigungsvorrichtung kann zu diesem Zweck einen oder mehrere Magnete, beispielsweise Elektromagnete in Form von stromdurchflossenen Spulen oder auch Permanentmagnete aufweisen.

[0026] Durch einen kurzzeitigen Stromstoß an den Elektroden kann eine hohe Elektronendichte zur Ionisierung des Gasgemisches erzeugt werden. Hierauf steigt der Gasdruck des komprimierten und in der Arbeitskammer 4, 5 befindlichen Gases kurzfristig sehr stark an. Dieser Druck wirkt auf den Kolben3 und setzt diesen in Bewegung. Das Einschießen der Elektronen, d.h. die Ionisation des Gases erfolgt bevorzugt, wenn sich der Kolben 3 in einem Totpunkt befindet. Durch elektrische Isolierung des Arbeitsraums 4, 5 kann ein noch besseres Ergebnis erzielt werden. Über die Spannung an der lonisationsvorrichtung 10 bzw. an den Elektroden 15 derselben, kann die Zahl der zur Erzeugung des Plasmas freigesetzten Elektronen und somit der Arbeitsdruck in dem Arbeitsraum 4, 5 reguliert werden. Somit kann die Leistung des Motors und die Kolbengeschwindigkeit über die Spannung bzw. den Strom an den Elektroden 15 eingestellt bzw. geregelt werden. Je nach angelegter Spannung kann sich der Druck mehr oder weniger stark aufbauen und somit den Motor schneller oder langsamer antreiben. So ist beispielsweise der Betriebsdruck in der Arbeitskammer 4, 5 niedriger als der Kompressionsdruck, während der Arbeitsdruck durch die Ionisation wesentlich stärker erhöht wird. Bei Druckabfall in der Arbeitskammer 4, 5 treten wieder „normale" Verhältnisse ein und das Plasma baut sich Rekombination der Ionen und Elektronen wieder ab.

[0027] Das Arbeitsmedium, d.h. das Gasgemisch kann in einem geschlossenen Kreislauf geführt sein. Um einen Überdruck in der Arbeitskammer 4, 5 oder einer anderen Stelle des Kreislaufs abbauen zu können, kann ein Überdruckventil vorgesehen sein. Über dieses Überdruckventil kann das Arbeitsmedium in einen Ausgleichsbehälter strömen und abgekühlt werden. Die Wärme kann gespeichert werden und der Überdruck durch einen Filter gereinigt abgelassen werden. Der geschlossene Kreislauf ist eine Voraussetzung um das Arbeitsmedium (Gasgemischreaktionsmittel) wieder zurückzugewinnen und beim nächsten Vorgang wider anzusaugen. Zur Speicherung des Arbeitsmediums kann auch ein Pufferbehälter vorgesehen sein.

[0028] Als Gas wird bevorzugt eine Mischung aus Quecksilber und Argon, wie sie bei Quecksilberdampflampen zum Einsatz kommt, verwendet. Bevorzugter Weise weist das Arbeitsmittel Kupferpartikel und/oder Silberionen auf. Alternativ zu Quecksilber kann das Arbeitsmittel auch Natrium enthalten, wie es aus Natriumdampflampen bekannt ist. An dieser Stelle sei erwähnt, dass sich auch sehr gute Ergebnisse erzielen, lassen wenn das Arbeitsmedium ein Edelgas enthält oder aus Edelgasen besteht. 3/7 österreichisches Patentamt AT511615B1 2013-01-15 [0029] Da der sich beispielsweise im Arbeitsraum 4 aufbauende Beaufschlagungsdruck über den zugehörigen hier nicht explizit dargestellten Strömungskanal auch auf den Druckraum 8 erstreckt, ergibt sich für den Schwingkolben 3 eine entsprechend vergrößerte Beaufschlagungsfläche und damit ein höheres Drehmoment.

[0030] Die Kolbenbeaufschlagung bedingt, dass eine seiner Nockenbahnen 14 den Kurbelzapfen 13 einer der beiden Kurbelwellen 11,12 beaufschlagt, die somit abwechselnd mit einem gegensinnigen Drehmoment angetrieben werden. Aufgrund des die beiden Kurbelwellen 11,12 verbindenden Umkehrgetriebes kann folglich ein nur in einer Drehrichtung wirksames Drehmoment von einer der beiden Kurbelwellen 11,12 abgenommen werden.

[0031] Während der Beaufschlagung des Schwingkolbens 3 über den Arbeitsraum 4 bleibt der Kurbelzapfen 13 der Kurbelwelle 11 unbelastet und kommt erst bei der gegensinnigen Schwingbewegung des Schwingkolbens 3 zum Einsatz.

[0032] Wie Fig. 1 entnommen werden kann, können die Nockenbahnen 14 mit einer die jeweiligen Nockenbahnfläche bildenden Blattfeder 17 versehen sein, die Ungleich-förmigkeiten bei der Drehmomentüberragung zum Teil ausgleichen können, weil bei höheren Kolbenkräften gespeicherte Federenergie bei einer Beaufschlagung mit geringeren Kräften wieder an den jeweiligen Kurbelzapfen 13 abgegeben werden kann.

[0033] An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass es sich bei dem erfindungsgemäßen Motor nicht nur um einen Motor mit einem Schwingkolben, sondern auch um Motoren beliebiger andere Bauarten handeln kann, bei welchen ein Kolben in einem Arbeitsraum mit einem Druck beaufschlagbar ist. Besonders geeignet zur Realisierung der Erfindung sind herkömmliche Verbrennungsmotoren, welche entsprechend adaptiert werden.

BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Zylinder 2 Einsatz 3 Kolben 4 Arbeitsraum 5 Arbeitsraum 6 Kurbelraum 7 Trennwand 8 Druckraum 9 Druckraum 10 lonisationseinrichtung 11 Kurbelwelle 12 Kurbelwelle 13 Kurbelzapfen 14 Nockenbahn 15 Elektroden 16 Drehachse 17 Gehäuse 18 Isolierung 4/7

Claims (8)

1. österreichisches Patentamt AT 511 615 B1 2013-01-15 Patentansprüche 1. Motor mit zumindest einem Kolben (3) und zumindest einem Arbeitsraum (4, 5), über welchen der zumindest eine Kolben (3) beaufschlagbar ist, wobei zumindest ein in den Arbeitsraum (4, 5) mündender Versorgungskanal für ein gasförmiges Arbeitsmedium vorgesehen ist, in dem zumindest einen Versorgungskanal oder in dem Arbeitsraum (4, 5) zumindest eine lonisationsvorrichtung (10) zur Ionisierung des Arbeitsmediums und zur Erzeugung eines Plasmas aus dem in dem zumindest einen Arbeitsraum (4, 5) befindlichen Arbeitsmedium angeordnet ist, wobei die lonisationsvorrichtung (10) zumindest eine Elektrode (15) aufweist dadurch gekennzeichnet, dass die lonisationsvorrichtung ein Gehäuse (17) aufweist, welches die zumindest eine Elektrode (15) zumindest abschnittsweise umhüllt, wobei das Gehäuse (17) zumindest eine Ansaugöffnung und zumindest eine Auslassöffnung für das Arbeitsmedium aufweist.
2. 2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (17) zumindest eine Öffnung aufweist, deren Fläche zumindest ein Drittel der Gehäuseoberfläche beträgt.
3. 3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (17) aus Glas gefertigt ist.
4. 4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der lonisationsvorrichtung (10) zumindest eine Beschleunigungsvorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes nachgeschaltet ist.
5. 5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsvorrichtung zumindest einen Magneten in Form eines Elektromagneten oder eines Permanentmagneten aufweist.
6. 6. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium in einem geschlossenen Kreislauf welcher den Arbeitsraum und den Versorgungskanal umfasst, geführt ist.
7. 7. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsmedium Quecksilber und/oder Kupferpartikel und/oder Argon und/oder Natrium und/oder zumindest ein Edelgas aufweist.
8. 8. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er als Schwingkolbenmotor mit zumindest einem Zylinder (1) mit einem im Zylinder (1) koaxial gelagerten, gegensinnig über je einen Arbeitsraum (4, 5) beaufschlagbaren Schwingkolben (3), der die beiden Arbeitsräume (4, 5) von einem Kurbelraum (6) mit zwei zur Zylinderachse parallelen Kurbelwellen (11, 12) trennt, die zu einer axialen Mittelebene des Zylinders (1) symmetrisch angeordnet und über ein Umkehrgetriebe antriebsverbunden sind sowie Kurbelzapfen (13) aufweisen, die mit bezüglich einer axialen Mittelebene des Schwingkolbens (3) symmetrischen Nockenbahnen (14) abwechselnd Zusammenwirken. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 5/7