DD233612A1 - Kurven- oder lagermotor - Google Patents

Abstract

Die moeglicherweise universal einsetzbare Hubkolbenkraftmaschine mit Kurven- oder Lagertriebwerk ist wahrscheinlich Prototyp eines Systems, das durch Zweiteilung mit Auseinanderverschiebung aus dem herkoemmlichen Kurbelwellensystem entstanden ist. Die neuen Kreissysteme sind:- Kurbelkreissystem mit gelagerter Kurbel sowie Zapfen-Abtriebswellenkreissystem das die Uebernahme der rhythmisch wirkenden Rotationskraft des Kurbelkreissystems uebernimmt bzw. auf die Abtriebswelle uebertraegt.An Stelle einer Kulissenfuehrung findet ein Lager mit einem freiumlaufenden Innen- moeglich ist auch Aussenring, der mit einer (fuer die Kurbelzapfaufnahme) gelagerten Bohrung versehen ist Verwendung. Die Wirkweise kann durch gleiche Bauarten, - jedoch durch zwei verschiedene Wirkprinzipien, 1. ein "differenziales" - sowie2. ein "integrales" Wirkprinziperfolgen, wobei jedes dieser zwei Systeme durch Anwendung des obengenannten Aussen- statt des Innenringes zwei weitere neue Varianten bzw. Wirkprinzipien erzeugt, die jedoch hier noch nicht diskutierter Untersuchungen und Erforschungen beduerfen. zu 1. "Differenziales System": keine Winkelgeschwindigkeitsunterschiede zwischen Kurbel- und Abtriebswellenkreissystem. Auch fuer umweltfreundliche z. B. Gasoline-Vergaserkraftstoffe geeignet. zu 2. "Integrales System": Winkelgeschwindigkeiten sind verschieden. Antriebsphase des Kolbenhubes auf die Abtriebsphase des Kolbenhubes auf die Abtriebswelle kann mehr als 180 betragen.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist auf dem Gebiet der Krafterzeugung aus allen Energiequellen mittels Hubkolbenkraftmaschine — besonders bei stationären Maschinen wie Schiffen, Lokomotiven, Zugmaschinen möglich aber auch bei allen Kfz und Fiugmaschinen anwendbar. ._ - —

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß Hubkolbenkraftmaschinen durch die grundsätzliche Anwendung der Kurbel oder Kurbelwelle nur ein begrenztes Drehmoment zur Hubkraftumwandlung ausnutzen — bzw. nur einen geringen Wirkungsgrad erzielen können. Begründung: a) Die Summe der Teildrehmomente — bzw. das Maximaldrehmoment des Kurbelmotors liegt bei 90° Kurbelumdrehung bzw. bei einem Radius der Kurbelkreisbahn. Das durchschnittlich wirksame Drehmoment liegt daraus folgend (bei Vernachlässigung der Konstanten Werte) etwa bei einem halben Radius (in Bezug auf die 90°-Stellung der Kurbelwelle), / · - -

Bei einer Kurbelstellung von 90° fehlt aber bereits der zur Maximalabtriebswellenumdrehungsarbeit erforderliche durch investierten Energieeinsatz maximal mögliche hohe Kolbendruck.

b) In Nähe des Zündpunktes bzw. unmittelbar danach, wobei allen Kurbelwellenmotoren pro Hubraumausdehnung bzw. pro Kolbenweg die größte Arbeit in Bezug Winkel- oder Abtriebswellenumdrehungsarbeit erzielbar ist fehlt das Maxilmaldrehmoment dieses Kriteriums, sowie die Werte des Kurbelkreisradius fast völlig. (Zu bemerken ist noch, daß bei herkömmlichen Kurbelkraftmaschinen diese aktivste Phase im Verhältnis Kolbenweg — Höchstdruck — Abtriebswellenarbeit zumindest bei hohen Motordrehzahlen zu geringem Vorteil gereichen)

Im Gegensatz zu dem wird bei meiner Erfindung durch die eventuell operative Verlagerung der Abtriebswelle auf z.B. die Kreispereferie eine bessere Kraftstoffausnutzung 1. im Verhältnis der Tourenzahlen, 2. zur jeweiligen Verbrennungsgeschwindigkeit des Kraftstoffes erreicht.

Der Übergang zur Anpassung der Verbrennungsgeschwindigkeiten der Kraftstoffe an die veralterten Kurbeibedingungen ist unökonomisch und außerdem Umwelt-und Gesundheitszerstörend.

Durch explosionsartiges Verbrennen vom Vergaserkraftstoffen, dem Klopfen oder Klingeln wandelt sich bei allen bewährten Hubkolbentriebwerken zum Teil nutzbringende Energie in Wärmeenergie um, was sich bei niedrigen Drehzahlen extrem Leistungsmindernd sowie zerstörend auf Motorelemente auswirkt.

Das zwingt wiederum zu Konstruktionsveränderungen bzw. Stabilisierungsmaßnahmen.

Im Patent Nr. F 02b75/322050646wird ein in der Praxis scheinbar unbekanntes System beschrieben, das in seiner Gesamtheit noch keine Lösung darstellt, das aber in mindestens 2 wichtigen Punkten (eventuell nur bedingt) auf meine Erfindung zutrifft.

Es werden dort ebenfalls durch „Exenterverschiebung" aus dem herkömmlichen Kurbelsystem 2 Kreissysteme, ein Kurbel- und ein Abtriebswellenkreissystem erzeugt. Die Verschiebungsstrecke Kurbelkreismittelpunkt — Abtriebswellenkreismittelpunktist im Anspruch aber nur bis zu einem, eventuell zu ungenau fixierten Punkt exakt definiert.

Dieser Punkt liegt nach uneindeutiger Definition aber noch vor den Werten der Modelle von denen ich ausgehe — bzw. von denen ich die größeren Vorteile erwarte.

Die in jenen Anspruch formulierte Kulissenführung zur Übertragung der exentrischen Bewegung des Kurbelkreises auf das Abtriebswellenkreissystem trifft vermutlich nicht auf mein System zu.

Dafür wird ein System besetzt das auf dem Schema beruht bei dem unterschiedliche Abstände zwischen Kurbelwelle und Kurbel einerseits sowie Winkelumdrehungen der Welle andererseits die Grundlage bilden (sinngemäß). Die Bezeichnung Kurbel ist auf meine Erfindung wahrscheinlich nicht anwendbar, da die im Anspruch sinngemäß geltenden „Abstände" des Kurbelkreises zur Kurbelwelle auf meine Erfindung angewendet im Null- bzw. Minusbereich liegen und keinen Sinn in Bezug auf die deutsche Sprache ergeben würde.

Eine Kurbel- oder Abtriebswellenstärke von welcher ausgehend gemessen diese Formulierurig sinnvoll oder antastbar würden fehlen.

Eine wichtige Rolle bei der Erhöhung des Wirkungsgrades bzw. zur Leistungserhöhung von Hubkolbenkraftmaschinen spielt die Verlegung der verlängerten Kolbenhorizontalen nach rechts neben das Kurbelwellenzentrum.

(s. Patent Nr.F 02b75/32 Nr.DE 31060 und F02b75/32 Nr.DE 2946148

Einer Anwendung dieses Verfahrens auf meine Erfindung steht möglicherweise nichts im Weg wenn die Anspruchsformulierung nicht das von mir beanspruchte „Kurbelkreiszentrum des unteren Pleulendes" betreffen, eine im Zentrum liegende Welle bei mir aber nicht existiert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es den Wirkungsgrad bei zahlreichen zukünftigen Hubkolbenkraftmaschinen zu erhöhen, die Kosten pro erzielte Leitung zu senken, die Verwendung von umweltfreundlichen, kostengünstigen, explosionsartig verbrennenden Kraftstoffen zu ermöglichen.

Ziel der Erfindung ist es weiter verantwortungsbewußten Politikern, Wissenschaftlern und Spezialisten von der Notwendigkeit einer zielgerichteten Arbeit an dem von mir gegebenen Anstoß zu erwirken an deren Ende eine Vielzahl Lizensvergaben stehen

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabenstellung

Zum Abfangen bzw. zum Ausgleich der durch Verschiebung der Abtriebswelle aus dem Kurbelzentrum entstehenden Exenterbewegungen wird an Stelle der bekannten Kolissenführung

1. ein Kurventriebwerk derart gesucht, daß sich das Drehmoment unter eventuell operativer Abtriebswellenverschiebung proportional verändert oder vergrößert, ohne daß sich der allen herkömmlichen Kurbel bzw. Kurbelwellentriebwerken eigene Drehmomentverlust von nahezu 50% (bzw. V2 Radius) wesentlich verändert.

2. Soll die Winkelgeschwindigkeit der Abtriebswelle sowie

3. die Abtriebswellenumdrehungsgrade keine derartige negativen Veränderungen erfahren, daß Wirkungsgrads- bzw. Leistungsverluste hingenommen werden müssen.

Veränderungen, die nach Punkt 2 und 3 entsprechend den bekannten Kurbeltriebwerken wirken — oder gar eine Verbesserung bzw. Erhöhung aufgezählter Parameter zur Folge haben sind erwünscht.

Bei einer derart durch „Exenterverschiebung" entstandenen, gegenüber herkömmlichen Kurbeltriebwerken fast verdoppelten Drehmoment, wie es beim Abtriebswellenplatz „Linker Kurbelkreisrand" z.B. der Fall ist verringert sich allein der Drehmomentverlust proportional von 50 bis auf 25% was eine ebensolche Wirkungsgraderhöhung nach sich ziehen kann. Weiterhin kann durch geringfügige Größenveränderung nur einer Baugruppe der Kolbendruck in Anhängigkeit der Tourenzahl sowie der Verbrennungsgeschwindigkeit zu größerer (>180°) Abtriebswellenumdrehungsarbeit führen.

Erfinderische Lösung

Die scheinbare Ideallösung des in 5.1. gestellten Problems besteht vermutlich in der Kombination alner bekannten — sowie in der erfinderischen Lösung.

Im 1 .TeiFmeiner Erfindung wird wie in jener bekannten Lösuffg durch Zweiteilung des herkömmlich Kurbeltriebwerkes einerseits ein Kurbelkreissystems mit einer Kurbel-bzw. "A"-Kreisbahn — (5) sowie andererseits ein Abtriebswellenkreissystem bzw. eine "B1 "-Kreisbahn — (13) mit dem Radius des Maximalabstandes der „A"-Kreisbahn vom Abtriebswellenmittelpunkt (11) hergestellt. (Diese „B1 "-Kreisbahn liegt mit ihrem Durchmesser noch innerhalb der Maximalausdehnung der Baugruppe) Die durch ζ B. konstruktives Auseinanderrücken der beiden Kreissysteme entstehenden Exenterbewegungen werden nun durch ein Lagerkreissystem auf die Abtriebswelle übertragen, das an Stelle der bekannten Kolissenführung auf der Abtriebswellenscheibe verankert ist.

Der auf der „A"-Kreisbahn rotierende Kurbelbolzen wirkt nun mit seinem Zapfen auf die Abtriebswelle nicht mehr als Kurbel, sondern als Differenzialhebel einer scheinbar neuen Dimension. Die richtige Drehrichtung des „B2" Lagersystems ist durch das Massenträgheitsgesetz garantiert, (nur bei Optimalvarianten des „Differential-" und des „a-Differentialsystems" —wenn „A" und „B2"-Kreisbahnen gleichgroß sind.)

„Lösung durch differential Wirkweise": (Differential-wenn „B2"-Kreisbahn (12) im Innenring des „B2"-Lagers (9) verläuft, „a-Differential"-wenn „B2"-Ring außenliegend" (Auch ein System bei welchem beide Prinzipien wirken, scheint möglich)

-ο- i£.o /σ

Auf der maximal 2 0 Α-Kreisbahn großen Abtriebswellenscheibe (etwa gleichbedeutend mit der „B1 "-Kreisbahn (13) wird nun ein „B2"-Lagersystem mit einem frei umlaufenden bzw. frei beweglichen, gelagerten Ring mit einer gelagerten Bohrung, die eine „B2"-Kreisbahn beschreibt von der Größe der Differenz zwischen „ A"- und "B1 "-Kreisbahn angebracht. (Ein Außenring mit innenliegendem Lager als a-Differentialsystem bezeichnet birgt möglicherweise ebenfalls positive Werte) In der gelagerten Bohrung (7) des in den „B2"-Lagerinnenring eingesetzten Innenringes greift das verlängerte Bolzenzapfenende

(2) (oder ein Hilfszapfeh) der „A"-Kreisbahn ein und vollführt pro Kolbenhub bzw. pro Abtriebswellenumdrehung einen Vollkreis, wodurch die Winkelgeschwindigkeiten der „A"-Kreisbahn relativ synchron auf die Abtriebswelle übertragen werden, ganz gleich welcher Abtriebswellensatz vorliegt.

Für die als „Differentialsysteme" bezeichneten Systeme gilt folgendes Größengesetz der Kreisbahnen A (5), B 2 (12) und B1

RA+ RB2 = RB1 mit der Optimalbedingung RA^ RB bzw. RA + x) + (RB2 - x) = RB1 wobei χ eine Mindestgrößeneinheit darstellt, die eventuell erforderlich ist, damit bei Motorstart bzw. -stop keine „ungewünschten" Motorbewegungen stattfinden können.

Es existieren also eine Vielzahl von Varianten die unterschiedliche Ergebnisse in den 4 Punkten

— Übersetzungsverhältnisse bzw. Wirkungsgrad

— Triebwerkgröße bzw. Triebwerkmasse

bereithalten^ —

Größengesetz der Kreisbahnen A, B2 und B1 zur Erfüllung der Bedingung für „Integralsysteme":

Ra + RB2>RB1

Beide Integralsysteme (Integral bzw. α-Integral) sind durch nachfolgende 4 Wirkprinzipien gekennzeichnet:

1. Die B2-Lager bzw. Kreisbahnen beschreiben keine Vollkreise, sondern Teilkreise von maximal 345-359.

Je geringer die Motorendrehzahlen um so geringer die (Bauliche Variante) der Teilkreisumdrehungen bzw. -gerade.

360° dürfen auch von in hohen Bereichen laufenden Triebwerken nicht erreicht werden.

360° bedeuten Ende des Wirkens nach dem Prinzip, bedeuten Leistungsstop, Stillstand oder Havarie.

2. Die Winkelgeschwindigkeit der Abtriebswelle ist ungleich der Winkelgeschwindigkeit der „A"-Kreisbahn. (Durch ein Zusatzsystem im Abtriebswellenkreissystem kann eventuell ein Teilausgleich der Winkelgeschwindigkeitsdisporportionen durch Bewegung bzw. Verschiebung des B2-Lagersin oder auf der Abtriebswellenscheibe erreicht werden).

3. Die 180°Antriebsphase des Kolbens bzw. der Α-Kreisbahn kann auf über 190 Umdrehungsgraden der Abtriebswelle ausgedehnt werden.

4. Die Maximalentfernung der Abtriebswelle aus dem A-Kreiszentrum — bzw. die Maximaldrehmomentserhöhung scheinen bei etwa 180% gegenüber herkömmlichen Kurbelwerten zu liegen. Das heißt je höher die zu erreichenden Drehzahlen desto geringer vermutlich der mögliche Drehmomentzuwachs.

Die wirtschaftlich scheinbar unbedeutenderen α-Differenzial- und a-lntegralsysteme sind durch nachfolgende Merkmale bzw. Wirkprinzipien gekennzeichnet:

1. Volumen und Triebwerkmasse betragen etwa 65% der beschriebenen I.Kategorie.

2. Das Drehmoment ist instabil. D. h. mit den bei den beiden ersten Kategorien (Diff. und Integr.) beschriebenen Mitteln ist hier kein Kraft- oder Leistungszuwachs zu erzielen.

3. Das Drehmoment muß eventuell durch Radialkraft, durch mechanisch-pneumatische — oder andere Stützsysteme im „Nachhinein" erzeugt oder verbessert werden.

4. Kombisysteme mit Wechsel von differenzialer zu integraler Wirkung scheinen möglich.

Es existieren also 4 verschieden wirkende Triebwerks- bzw. Wirkvarianten von beinahe gleicher Bauweise von dem das als Differenzialsystem bezeichnete System nach vorsichtiger Schätzung die günstigsten ökonomischen Bedingungen bereithält. Zusammenfassend die Merkmale des Differenziaisystems:

1. Beinahe absolute Syndronität der Winkelgeschwindigkeit der A- bzw. B-Kreisbahn.

2. Jeder Abtriebswellenplatz, selbst der auf der Kreispereferie der Α-Kreisbahn ist möglich. (Leichter Anwendbar ist diese Bedingung aber wenn der B2 0 2-4% kleiner als die Α-Kreisbahn ist, weil sonst wahrscheinlich eine Freilaufkombination "B2-Freilauflager" erforderlich wird, bzw. weil das B1-System an Ausdehnung und Masse weiter zunimmt.)

3. Unkompliziertheit der Berechnung Versuchsreihenfindung und Bauweise.

4. Möglichkeit der Erreichung hoher Tourenzahlen.

5. Möglichkeiten des operativen Wechsels von „Übersetzungsverhältnissen" mit Wechsel von differenzialer- auf integraler Wirkung scheinen gegeben.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend sowie in Skizzen Nr. 1 bis 2 am Beispiel der differenzialen Wirkweise erläutert.

Die rhytmische Kolbenkraft eines z.B. Einzylinder — Zweitaktmotors wird über Pleul, Hilfspleul,Zugpleul oder andere Pleule (1) über A- oder Kurbelbolzen (2), A- oder Kurbelring (3) bzw. A- oder Kurbellager (4) zur Rotation auf der A-Kreisbahn (5) gezwungen.

Der Α-Bolzen steckt mit seinem Mittelteil (oder mit seinem Ende) derart im Α-Ring, daß ein freies Ende in die „B3-Lager" (6) —

gelagerte Bohrung (7) (öder Zapfen) des B 2"-oder bifferenzialringes (8) eingreift. Der B 2-Ring sitzt im freiumlaufenden Innenring des B 2- oder Differenziallagers (9), das seinerseits in der B1-oder Abtriebswellenscheibe (10) eingelassen ist. Die B1-Scheibe sitzt auf der Abtriebswelle (11), die gleichzeitig Getriebehauptwelle oder anderes sein kann und dort 1 bis 2 mal gelagert wird.

Der Α-Bolzen beschreibt mit der A-Kreisbahnumdrehung gleichzeitig einen B2-Vollkreis während sich die Abtriebswelle ebenfalls um 360° dreht.

Claims (9)

Erfindungsanspruch:

1. eines B2-Lagersystems (bestehend aus mindestens einem Lager), das mit mindenstens einem Lagerinnen-und/oder Außenring mit der B 1-Scheibe (10) befestigt ist,

1. Kurven-oder Lagermotor bestehend aus einem oder mehreren durch Pleuele (Hilfspleuel, Zugpleuel, sonstige Pleuele) bewegten Systemen oder Blöcken von einem oder mehreren in Zylindern geführten Hubkolben, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle einer Kurbel oder Kurbelwelle u.a. mindestens ein „Kurven-oder Lagersystem" derart zur Anwendung kommt, daß die durch Zweiteilung des herkömmlichen Kurbeltriebwerkes sowie durch Auseinanderrückung der beiden neuen Kreissysteme entstehende je 180° — arbeitsrythmischeExenterbewegung nicht durch Kulissenführung von A-Kreisbahn (5) auf B-Kreisbahn (13) übertragen wird, sondern durch ein Teil- „Kurven-oder Lagersystem", das sich auf einer Abtriebswellenscheibe bzw. einem Stützsystem (10) konzentriert und das seinerseits durch Vorhandensein

2. Hubkolbenkraftmaschine nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kurventriebwerke der Größenformel RA(5) +RB2(12) = RBK13)

angehören, daß die B2-Kreisbahn (12) bzw. der B2-Ring (8) im B2-Lagerinnenring eingelassen ist, und daß dieser Wirk- und Bewegungsablauf als „Differentialer" Ablauf bezeichnet wird.

2. einesB2-Ringes(8),

3. Hubkolbenkraftmaschinen nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kurventriebwerke der Größenformel RA(5) + RB(12) = RB1(13)

angehören,daßdieB2-Kreisbahn(12)bzw. B 2-Ring (8) auf den B2-Außenlagerring aufgebrachtist, und daß dieser Wirk- und Bewegungsablauf als „α-differential„ bezeichnet wird.

3. einer B2-Bohrung oder eines Zapfens (7) sowie

4. Hubkolbenkraftmaschinen nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kurventriebwerke der Größenformel RA(5) + RB2(12)>RB1(13)

angehören, daß die B2-Kreisbahn (12) bzw. der B2-Ring (8) im B2-Lagerinnenring eingelassen ist, und daß dieser Wirk- und Bewegungsablauf als „integral" bezeichnet wird.

4. einesB3-Lagers.(6)
gekennzeichnet ist.

5. Hubkolbenkraftmaschinen nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kurventriebwerke der Größenformel RA(5) + RB2(12)>RB1(13)

angehören, daß die B2-Kreisbahn (12) bzw. der B2-Ring (8) auf den B2-Außenlagerring aufgebracht ist, und daß dieser Wi rk- und Bewegungsablauf als „α-Integral" bezeichnet wird.

6. Hubkolbenkraftmaschinen nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurven-oder Lagertriebwerk variabel

a) nach Punkt 2 bis 3 und

b) nach Punkt 4 bis 5
arbeitet.

7. Hubkolbenkraftmaschinen nach Punkt 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die verlängerte kolbenhorizontale Mittellinie bei Triebwerksvarianten mit Pleul (anstelle von Hilfs-, Zug-oder andere Pleule) nicht durch das Kurbelkreiszentrum — sondern zur Herabsetzung des Pleuelwinkels während des Arbeitstaktes in einem entsprechenden Abstand davon verläuft.

8. Hubkolbenkraftmaschinen nach Punkt 1,4,5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das B2-Teillagersystem zur Verbesserung der Assynchronität der Winkelgeschwindigkeit auf dem Territorium der B 1-Scheibe (13) elektronisch oder mechanisch gesteuerte Teilkreisumdrehungen ausführt oder ausführen kann.

9. Hubkolbenkraftmaschinen nach Punkt 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das B2-Lager (9) durch ein Freilaufsystem ergänzt wird das verhindert, daß besonders bei Motorstop bzw. -start nicht gewollte Umdrehungsrichtungen bzw. Umdrehungsänderungen auftreten können.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen