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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine mit umlaufendem
Zylinder zur Drehmomenterzeugung. Die Hubkolbenmaschine arbeitet
vorzugsweise als Verbrennungskraftmaschine; sie kann jedoch durch geringfügig
unterschiedlich konstruktive Gestaltungen sowie Anordnungen der Steuerkanäle auch
in Bereichen der Hydraulik eingesetzt werden. Weiterhin ist der Einsatz gemäß
der erfindungsgemäßen Lösung als Hydraulikpumpe, Überdruckpumpe sowie als
Vakuumpumpe möglich.
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Bekanntester Vertreter einer Rotationskolbenmaschine auf dem Gebiet der
Verbrennungskraftmotoren ist der Wankelmotor. Dieser weist einen in einer
Trochoidenform sich bewegenden, einen Arbeitsraum bildenden Kolben auf. Dieser
bewegt sich mittels einer Innenverzahnung und exzentrischen Lagerung der
Motorwelle im Innenraum einer Epitrochoide. Die Ecken und die Seitenflächen des
Kolbens weisen Dichtelemente auf. Ein Gaswechsel erfolgt durch Öffnen und
Verschließen von Schlitzen in einem den Kolben umgebenden Gehäuse. Der
Wankelmotor zeichnet sich durch seinen vollkommenen Massenausgleich, seine
kompakte Bauweise aufgrund des Verzichtes auf einen Ventiltrieb aus. Nachteilig
ist dagegen das geringe Drehmoment sowie die ungünstige Brennraumform mit
langen Brennwegen, die dabei entstehende hohe Kohlenwasserstoffemission, der
gegenüber anderen Hubkolbenmotoren höhere Kraftstoff und Ölverbrauch sowie
höhere Herstellungskosten. Auch besteht aufgrund des Arbeitsprinzips nicht
direkt die Möglichkeit einen Dieselmotor mit dem Wankelprinzip verwirklichen zu
können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hubkolbenmaschine zu schaffen,
deren Gesamtwirkungsgrad gegenüber dem von Hubkolbenmaschinen gemäß dem
Stand der Technik erhöht ist, deren Masse-Leistungsverhältnis verbessert ist,
deren Steuerung konstruktiv vereinfacht ist, deren Fertigungs- und Montageaufwand
gesenkt ist, deren Laufruhe optimiert ist sowie deren Schadstoffemissionen
verringert sind.
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Diese Aufgabe wird mit einer Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen gemäß
Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen
sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Eine Hubkolbenmaschine mit umlaufenden Zylindern hat zumindest einen Kolben
pro Zylindereinheit, der in einem Rotorgehäuse angeordnet ist, wobei in einem
inneren Bereich des Rotorgehäuses ein Raum ist, der eine Kontur aufweist, um die
der Kolben im drehbaren Rotorgehäuse um 360° beweglich angeordnet ist, wobei
der Kolben mit der Kontur so gekoppelt ist, dass die Kontur eine Hubbewegung
des Kolbens bei der Bewegung der Zylindereinheit um die Kontur bewirkt. Durch
diesen Aufbau der Hubkolbenmaschine wird ein völlig neues Prinzip geschaffen:
Während bisher bei den üblichen Hubkolbenmotoren das Zylindergehäuse
feststehend war und der Hubkolben über eine sich drehende Kurbelwelle ein
Drehmoment abgab, ist im vorliegenden Falle der Kolben mit dem Rotorgehäuse um 360°
drehbar um eine Kontur angeordnet. Auch hierbei ermöglicht eine Verbrennung
eines brennbaren Mediums in einem Verbrennungsraum, dass am Kolben ein
Druckaufbau vollzogen wird. Der Druck am Kolben liegt dabei auch am
Rotorgehäuse an. Da dieses drehbar um die Kontur angeordnet ist und der Kolben
wiederum mit der Kontur gekoppelt ist, entsteht ein Drehmoment um die Kontur, was zu
einer Rotationsbewegung des Rotorgehäuses um die Kontur führt. Gleichzeitig
wird durch die Kopplung von Kontur und Kolben die Hubbewegung des Kolbens
gesteuert. Diese Steuerung verwirklicht die Arbeitstakte der Hubkolbenmaschine
wie Ansaugen, Verdichten, Verbrennen und Ausstoßen. Bevorzugt wird dabei
das 4-Takt-Prinzip angewendet. Es besteht jedoch auch bei geeigneter Auslegung
die Möglichkeit, das 2-Takt-Verfahren anzuwenden. Das erzeugte Drehmoment
ist insbesondere davon abhängig, wie viele Kolben im Rotorgehäuse angeordnet
sind. Das kann zum einen von der Baugröße des Rotors abhängig gemacht
werden, und zum anderen können auch auftretende Schwingungen berücksichtigt
werden. Insbesondere können mehrere Rotorgehäuse (in der Art eines
Sternmotors) aneinander gekoppelt werden, so dass eine Reihe von hintereinander
liegenden Kolben entsteht, die um eine Kontur mit dem Rotorgehäuse beweglich sind.
Vorzugsweise weist ein Rotorgehäuse drei, vier oder mehr Kolben auf.
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Erfindungsgemäß ist also die Wirkungslinie des Kolbens einer Zylindereinheit
(Hubrichtung des Kolbens) in einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Rotors
angeordnet und liegt in dieser Ebene so, dass die Wirkungslinie exzentrisch zur
Drehachse des Rotors und geradlinig verläuft.
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Vorzugsweise ist die Kontur so gestaltet, dass während eines Arbeitstaktes ein
vom Kolben begrenzter Verbrennungsraum zumindest im Wesentlichen isochor
ist, d. h. ein konstantes Volumen hat. Der Verbrennungsraum ändert sich über
einen gewissen Zeitraum des Arbeitstaktes nicht. Dadurch gelingt eine besonders
hohe Drehmomenterzeugung um die Kontur, da der Verbrennungsraum selbst im
Wesentlichen konstant bleibt. Dadurch erfolgt im Gegensatz zu einem sonstigen
Hubkolbenmotor zum einen eine vollständige Verbrennung des
Verbrennungsgases im Verbrennungsraum, und zum anderen kann die während der Verbrennung
auftretende Temperatur und damit Druckerhöhung im Verbrennungsraum lange
ausgenutzt werden. Ein derartiger Zeitraum eines isochoren Verbrennungsraumes
wird über die Umdrehungsgeschwindigkeit eingestellt. Ebenfalls entscheidend ist
die Länge des Arbeitstaktes. Dieser beträgt vorzugsweise mindestens 90°,
insbesondere jedoch über 100° Drehung um die Kontur. Bei einer entsprechenden
Anpassung des Ausstoßens des verbrannten Gases gelingt es, dass ein im
Wesentlichen isochorer Verbrennungsraum über etwa 120° und mehr realisierbar ist.
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Vorzugsweise weist ein Rotor vier Zylindereinheiten auf, welche um 90°
zueinander versetzt angeordnet sind. Es besteht die Möglichkeit, dass während des
Arbeitstaktes der Kolben aufgrund der Form der Kontur, welche vorzugsweise
geschlossen ist, eine Hubbewegung ausführt. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll,
wenn dadurch eine verbesserte Durchströmung im Verbrennungsraum und damit
Verbrennung gewährleistet sein soll. Die Hubbewegung, die durch die Kontur
gesteuert wird, ist vorzugsweise so, dass ein Ansaughub deutlich länger ist als ein
Ausstoßhub. Vorzugsweise weist die Kontur für diese Hubkolbenmaschine eine
solche Bahnform auf, welche einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen
vierten Abschnitt hat, die jeweils alle konvex, alle konkav oder alle linear sind.
Die jeweiligen Hubtakte des Kolbens sind auf diese Weise gleichmäßig.
Insbesondere sind die Abschnitte so miteinander verbunden, dass eine im Wesentlichen
gleichförmige (negative oder positive) Beschleunigung des Kolbens erzeugt wird,
so dass eine Materialbelastung gering gehalten wird. Insbesondere im Bereich der
Umkehrpunkte wird die Kontur so ausgelegt, dass auftretende Flächenpressungen
aufgrund der Kopplung von Kolben und Kontur möglichst gering bleiben. Eine
Ausgestaltung der Kontur sieht vor, dass diese in einer Kurvenscheibe
verwirklicht ist. Die Kurvenscheibe hat eine Nut. Die Nut ist so gestaltet, dass sie die
Kontur vorgibt, entlang welcher der Kolben entsprechend der Kopplung verfahren
wird. Vorzugsweise ist die Kontur/Kurvenführung so ausgebildet, dass bei einem
vollständigen Umlauf der Zylindereinheiten diese zumindest einen Arbeitstakt
ausführen.
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Vorzugsweise weist die Hubkolbenmaschine eine Hubscheibe sowie eine erste
und eine zweite Kurvenscheibe auf. Die beiden Kurvenscheiben sind der
Hubscheibe gegenüberliegend angeordnet und haben jeweils eine deckungsgleiche
Kontur. Zwischen den beiden Kurvenscheiben und der Hubscheibe wird ein
Pleuel des Kolbens über eine entsprechende Führung in den Nuten geführt. Über das
Pleuel wird die durch die Kontur vorgegebene gesteuerte Bewegung an den
Kolben übertragen, der entlang des Zylinderraumes und dessen Führung seine
Hubbewegung vollzieht.
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Vorzugsweise wird der Kolben über eine nadelgelagerte Verbindungswelle im
feststehenden Kurvengetriebe geführt. Dabei ist die Verbindungswelle
vorzugsweise einstückig, beispielsweise gegossen oder geschmiedet. In einer weiteren
Gestaltung ist diese jedoch aus einzelnen Bauteilen zu einem Ganzen
zusammengefügt. Das Kurvengetriebe ist durch die beiden Kurvenscheiben und die
Hubscheibe gebildet. Eine spielfreie Führung der Kolben ist durch das Versetzen der
beiden Flanken der Nutkurve gegeben. Jede Flanke weist eine eigene Rolle auf,
die sich an der Verbindungswelle befindet. Dadurch laufen die Rollen mit
gegenläufigem Drehsinn und werden dauernd auf Anlage gehalten.
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Eine Weiterbildung der Hubkolbenmaschine sieht vor, dass am Kolben ein von
einem Dichtteil des Kolbens getrenntes Führungsteil angeordnet ist. Das Dichtteil
und das Führungsteil sind mit dem Kolben zusammengekoppelt mitbeweglich.
Die mitbewegliche Kopplung dient dazu, die auf den Kolben wirkende Kraft auf
das Rotorgehäuse zu übertragen. Das Führungsteil ist entlang einer getrennten
Führung im Rotorgehäuse beweglich angeordnet. Das Führungsteil befindet sich
vorzugsweise zumindest teilweise im Rotorgehäuse. Das Dichtteil, beispielsweise
gebildet über den Kolben mit seinen Kolbenringen und dem sich daran
anschließenden Pleuel, bildet damit einen ersten Arm, während das Führungsteil einen
davon getrennten zweiten Arm bildet. Vorzugsweise sind diese beiden Arme an
einem Pleuellager wieder miteinander verbunden. Dadurch bilden das Dicht- und
das Führungsteil ein Hebelsystem. Bevorzugt ist, wenn der Hebelarm des
Führungsteils kürzer ist als der Hebelarm des Dichtteils. Auf diese Weise gelingt es,
über das Pleuellager, an dem vorzugsweise beide Arme befestigt sind, eine
besonders hohe Drehmomenterzeugung am Rotorgehäuse zu erzielen. Insbesondere ist
der Kolben mit Dicht- und Führungsteil auf die Kontur hin so abgestimmt, dass
das Führungsteil und das Dichtteil jeweils entlang einer Geraden im Rotorgehäuse
eine jeweilige Hubbewegung ausführen können. Dadurch sorgt insbesondere das
Führungsteil für die Kraftübertragung der am Kolben wirkenden Druckkraft auf
das Rotorgehäuse. Eine Hubbewegung des Führungsteils wird dabei vorzugsweise
mittels eines Lagers, insbesondere eines Wälzlagers ausgeführt. Dieses ist
insbesondere so gestaltet, dass es in der Lage ist, eine Druckkraft vom Führungsteil auf
das Rotorgehäuse dauerhaft übertragen zu können. Das Dicht- und das
Führungsteil bilden so ein Hebelsystem zum Übertragen einer auf den Kolben wirkenden
Druckkraft über das Führungsteil auf das Rotorgehäuse. Der Kolben mit dem
Dichtteil und dem Führungsteil können aus einem Stück sein, beispielsweise
gegossen oder geschmiedet. In einer weiteren Ausgestaltung sind diese jedoch aus
einzelnen Bauteilen zu einem Ganzen zusammengefügt. Die Achse des
Führungsteils schneidet die Drehachse des Rotors senkrecht.
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Der den Verbrennungsraum mit begrenzende Kolben ist vorzugsweise so
gestaltet, dass eine Gemischrotation im Verbrennungsraum beim Ansaugvorgang
unterstützt wird. Dieses erfolgt beispielsweise durch einen etwa zentralsymmetrisch
angeordneten, kegelförmig ausgebildeten Kolbenboden, welcher eine
Verwirbelung durch Aufbau einer kreisringförmigen Quetschzone verstärkt. Vorzugsweise
wird ein Einlassdrall zur Erzeugung einer Verwirbelung im Brennraum mittels
einer Schrägeinströmung in den Verbrennungsraum erzielt. Dazu ist
beispielsweise ein Einlasskanal schräg zur Längsachse des Kolbens (Hubachse) angeordnet.
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Weiterhin weist die Hubkolbenmaschine ein Rotorgehäuse auf, das einen
rotationssymmetrischen Außenmantel besitzt. Zum einen hat dieses den Vorteil, dass
eine Unwucht am Rotorgehäuse dadurch vermieden wird. Deswegen ist es auch
bevorzugt, dass einander entsprechende Bauteile der Hubkolbenmaschine
einander gegenüberliegen und somit paarweise angeordnet sind, um bei hohen
Drehzahlen, beispielsweise von 5000 bis 8000 mm-1, insbesondere von 12000 min-1
(Umdrehungen pro Minute) entsprechende Unwuchtmomente zu vermeiden.
Bevorzugt angestrebt ist eine Anordnung der Bauteile derart, dass Kräfte, die
aufgrund der Rotation des Rotorgehäuses erzeugt werden, sich gegenseitig
kompensieren. Zum anderen erlaubt ein rotationssymmetrischer Außenmantel, dass eine
Gaszuführung und Gasabführung in die Verbrennungsräume im Rotorgehäuse
besonders gasdicht ausgestaltet werden kann. Eine Ausführung der
Hubkolbenmaschine weist am Außenmantel des Rotorgehäuses ein mitdrehendes
Gaswechsel-Dichtsystem auf, dessen Oberfläche radial vorzugsweise zumindest teilweise
mit dem Außenmantel des Rotorgehäuses abschließt, d. h. abdichtend anliegt. Ist
das Rotorgehäuse in einem Mantelgehäuse angeordnet, ist das mitdrehende
Gaswechsel-Dichtsystem in der Lage, eine Abdichtung zwischen dem Mantelgehäuse
und dem Rotorgehäuse herzustellen.
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Vorzugsweise ist das Rotorgehäuse in einem Mantelgehäuse angeordnet, welches
eine zumindest konkave Oberfläche hat, die einem Außenmantel des
Rotorgehäuses gegenüberliegend angeordnet ist. Das Gaswechsel-Dichtsystem ist so gestaltet,
dass zum einen der oder die Verbrennungsräume im Rotorgehäuse während der
jeweiligen Takte/Phasen Ansaugen, Verdichten, Verbrennen und Ausstoßen
entsprechend abgedichtet sind. Zum anderen gewährleistet das Dichtsystem über eine
entsprechende Zu- bzw. Abführung des einströmenden wie auch des
ausströmenden Gases eine möglichst vollständige Füllung bzw. Leerung des
Verbrennungsraumes. Dazu sind beispielsweise im Mantelgehäuse entsprechende Steuerkanäle
oder entsprechende Öffnungen angeordnet, entlang derer die Befüllung bzw.
Entleerung des Verbrennungsraumes erfolgt. Die Steuerkanäle können entlang der
dem Außenmantel des Rotorgehäuses gegenüberliegenden Oberfläche oder auch
seitlich davon entlang der Seitenfläche des Rotorgehäuses angeordnet sein. Dieses
gilt auch für das Gaswechsel-Dichtsystem. Aufgrund des umlaufenden
Gaswechsel-Dichtsystems können die Steuerkanäle, vorzugsweise in Form von Schlitzen,
relativ lang sein, beispielsweise sich über 10° bis 30° Drehwinkel über
Auslasskanal oder beispielsweise bis zu 120° Drehwinkel über Einlasskanal oder mehr
erstrecken; vorzugsweise ist der Einlasskanal wesentlich länger als der
Auslasskanal. Die Tiefe sowie die Breite der Steuerkanäle und der Abstand zwischen den
Steuerkanälen ist abhängig von der Größe der Hubkolbenmaschine. Die
Steuerkanäle sind den Einströmungsbedingungen wie auch den entsprechenden Drücken
beim Ein- bzw. Ausströmen entsprechend anpassbar.
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Vorzugsweise weist das Gaswechsel-Dichtsystem ein unter Druck stehendes,
radial bewegliches und vorzugsweise drehbares Gleitelement auf, das am
Außenmantel des Rotorgehäuses außermittig angebracht ist. Dieses Gleitelement ist
beispielsweise in einer Nut gehalten, welche am Außenmantel des Rotorgehäuses
außermittig angeordnet ist. Das Gleitelement, welches vorzugsweise wälzgelagert
ist, dichtet den Rotorraum gegen den gegenüberliegenden Mantelraum ab. Dazu
weist der wälzgelagerte Gleitring vorzugsweise ebenfalls eine Oberfläche
entsprechend derjenigen des gegenüberliegenden Mantelgehäuses auf. Diese ist
vorzugsweise kugelförmig. Weiterhin weist der Gleitring zumindest eine Dichtlippe,
vorzugsweise zwei Dichtlippen auf. Die Dichtlippe berührt das Mantelgehäuse
und entfaltet dadurch eine abdichtende Wirkung. Auf diese Weise ist auch bei
einem Überlauf eines Zündkanals mit einer darin angeordneten Zündkerze die
Dichtheit des Systems gewährleistet. Bei Anordnung von beispielsweise zwei
Dichtlippen an einem kreisförmigen Gleitring umschließt die erste Dichtlippe die
zweite Dichtlippe. Beide Dichtlippen sind kreisförmig ineinander angeordnet. Der
Gleitring wiederum führt vorzugsweise neben der radialen Bewegung auch eine
axiale Bewegung aus. Die axiale Bewegung ist eine axiale Drehbewegung. Dazu
ist der Gleitring außermittig angebracht und in Bezug auf die Oberfläche des
Mantelgehäuses so angeordnet, dass dieses eine Drehbewegung am Gleitring
erzeugt. Die Drehbewegung hat zum Beispiel den Vorteil, dass aufgrund dessen
eventuell vorhandene Fremdkörper aufgrund der Radialkraft nach außen
transportiert und somit aus dem Laufweg entfernt werden.
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Um das Drehmoment am Rotorgehäuse abnehmen zu können, wird vorzugsweise
ein Abtrieb am Rotorgehäuse angeflanscht. Dies erfolgt beispielsweise mittels
eines Übersetzungsgetriebes, vorzugsweise mittels eines Planetengetriebes.
Dadurch ist es möglich, die Drehzahl zu erhöhen, aber auch abzusenken. Eine
besondere Laufruhe ist zu erzielen, wenn neben der Hubkolbenmaschine zumindest
eine weitere Hubkolbenmaschine in Mehrfachanordnung hintereinander auf einer
Welle zusätzlich angeordnet ist. Beispielsweise ist es dadurch möglich, dass eine
erste Hubkolbenmaschine gegenüber einer zweiten Hubkolbenmaschine bezüglich
der Phase des Arbeitstaktabschnittes um 180° versetzt ist. Bei zeitlich gleicher
Zündung der ersten und der zweiten Hubkolbenmaschine verbessert sich dadurch
die Laufruhe. Eine Weiterbildung sieht vor, dass mehrere in Mehrfachanordnung
auf einer Welle oder getrennt voneinander vorliegenden Hubkolbenmaschinen
einzeln jeweils zu- und abgeschaltet werden können. Auch besteht die
Möglichkeit, dass eine Zündung einer Hubkolbenmaschine für einen Zylinder ausgesetzt
wird. Dieses ist beispielsweise bei der Anwendung der Hubkolbenmaschine im
Schubbetrieb zur Einsparung von Kraftstoff möglich, wie es bei
Kraftfahrzeugmotoren bekannt ist. Eine andere Ausgestaltung hat wiederum veränderbare Ein-
und Ausgangsöffnungen für das Zu- und Abströmen des zu verbrennenden
Mediums und der eventuell zuzuführenden Luft. Diese Veränderung ist beispielsweise
mittels eines Drosselquerschnittes möglich. Der Drosselquerschnitt wird
entsprechend der geforderten Leistung vorzugsweise über eine Motorsteuerung gesteuert
oder geregelt.
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Zur Sicherstellung eines möglichst reibungsfreien Laufes von Kolben und
weiteren beweglichen Bauteilen weist die Hubkolbenmaschine ein von der Einbaulage
der Hubkolbenmaschine unabhängiges, d. h. lageunabhängiges Schmiersystem auf.
Das Schmiersystem ist als lageunabhängige Druckumlaufschmierung gestaltet.
Dabei wird das Öl von der Zahnringpumpe aus dem Ölring angesaugt. Ein
Überdruckventil innerhalb des Pumpengehäuses begrenzt den Öldruck und leitet das
überschüssige Öl in den Saugkanal der Pumpe zurück. Vom Druckkanal wird das
Öl über den Ölfilter zu Ölspritzdüsen gefördert. Von dort aus gelangt das
Schmieröl in das Rotorgehäuse. Das Rotorgehäuse weist mehrere mitdrehende
Schmierkanäle auf. Diese verteilen das Schmieröl auf die betreffenden
Schmierstellen. Aufgrund der Zentrifugalkräfte wird das Schmiermedium, in der Regel Öl,
nach außen gedrückt, so dass vorzugsweise eine Schmierung der beweglichen
Bauteile vom Inneren des Rotorgehäuses nach außen erfolgt. Auf diese Weise
lässt sich die Umdrehungsgeschwindigkeit der Hubkolbenmaschine auf weitere
Weise ausnutzen.
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Der Ölrücklauf erfolgt über das Rotorgehäuse, das mehrere mitdrehende
Schleuderkanäle aufweist. Die Zentrifugalkraft drückt das Schmieröl durch die
Schleuderkanäle nach außen. Das Öl schleudert gegen die gegenüberliegende
Ölringöffnung, tropft ab und gelangt in den geschlossen Teil des Ölrings. Dort wird es dem
Schmierkreislauf wieder zugeführt. Dieser Vorgang wird ständig wiederholt, um
eine zuverlässige lageunabhängige Schmierung zu gewährleisten. Vorzugsweise
ist der Ölring um 360° drehbar, rollengelagert und am vorderen Mantelgehäuse
angeordnet. Die Abdichtung des Ölrings zum Saugkanal übernehmen zwei
Dichtringe, die fest mit dem Mantelgehäuse verbunden sind. Die Abdichtung der zum
Saugkanal gegenüberliegenden Seite übernimmt ein mit einer Druckfeder
versehener axial beweglicher Dichtring, der den Ölring ständig auf Anlage hält. Das
Mantelgehäuse weist Öffnungen am Umfang auf, durch welche das Schleuderöl
in die Ölringöffnung gelangt. Der Ölring ist zweigeteilt, wobei ein erstes
Ölringgehäuse mit einem zweiten Ölringendgehäuse verbunden ist. Der Ölring kann
aber auch aus einem Teil bestehen, beispielsweise als Gussteil. Im Ölring ist ein
Schwimmernadelventil angeordnet, wobei durch das Schwimmernadelventil und
die im Mantelgehäuse befindlichen Ölrücklaufbohrungen das überschüssige Öl
dem Schmierkreislauf wieder zugeführt wird. Der Volumeninhalt des
geschlossenen Teils des Ölrings sollte kleiner als, maximal aber gleich groß wie der
Volumeninhalt der halben Ölringöffnung sein. Dadurch wird unnötiger Ölüberschuss
vermieden und werden Verluste aller Art minimiert. Für die Ölstandskontrolle
sind am Ölring sowie an der Ölringabdeckung Schaugläser angebracht, die
Markierungen aufweisen. Der Ölstand selbst wird durch eine im Ölring angeordnete
Öleinfüll- und Ölablassschraube geregelt.
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Der Hubkolbenmotor gemäß der Erfindung ermöglicht die Umsetzung von in
einem brennbaren Medium enthaltener Energie in mechanische Energie. Das
Medium setzt durch Verbrennung Energie im Verbrennungsraum frei, in welchem ein
beweglicher Kolben angeordnet ist, über den die durch die Verbrennung
entstehende Druckenergie in mechanische Energie umgewandelt wird. Die
Druckenergie erzeugt ein Drehmoment um eine feststehende Achse, welches zur Rotation
einer Brennkammer mit dem Verbrennungsraum und dem Kolben um die
feststehende Achse führt, wobei über diese Rotation mechanische Energie abgeführt
wird. Dieses Wirkprinzip hat den Vorteil, dass es eine Kreisbewegung bzw.
-beschleunigung mit einem langen Hebelarm ausnutzen kann, wodurch hohe
Drehmomente um die feststehende Achse entstehen.
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Die folgende Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Hubkolbenmaschine
gemäß der Erfindung. Darin ist detailliert erläutert, wie die Umsetzung von in
einem brennbaren Medium enthaltener Energie in mechanische Energie mittels
der erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine erfolgt. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Hubkolbenmaschine im Querschnitt in einer Vorderansicht
(Schnitt A-B gemäß Fig. 2);
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Fig. 2 die Hubkolbenmaschine aus Fig. 1 in einer Seitenansicht;
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Fig. 3 einen an einer Kontur geführten Kolben mit Dichtteil und
Führungsteil;
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Fig. 4 eine Seitenansicht auf die Kontur und eine Führung des Kolbens
entlang der Kontur;
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Fig. 5 ein Gaswechsel-Dichtsystem der Hubkolbenmaschine aus Fig. 2;
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Fig. 6 eine Rotorabdichtung des Gaswechsel-Dichtsystems aus Fig. 5;
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Fig. 7 einen Dichtkörper des Gaswechsel-Dichtsystems aus Fig. 5;
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Fig. 8 eine Dichtleiste des Gaswechsel-Dichtsystems aus Fig. 5;
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Fig. 9 eine Streifenfeder des Gaswechsel-Dichtsystems aus Fig. 5;
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Fig. 10 einen Ölring des Schmiersystems aus Fig. 2;
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Fig. 11 eine schematische Ansicht einer Mehrfachanordnung von
Hubkolbenmaschinen;
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Fig. 1 zeigt eine Hubkolbenmaschine 1. Diese hat einen ersten Kolben 2, einen
zweiten Kolben 3, einen dritten Kolben 4 und einen vierten Kolben 5. Die Kolben
2, 3, 4, 5 sind jeweils um 90° versetzt in einem Rotorgehäuse 6 der
Hubkolbenmaschine 1 angeordnet. In einem inneren Bereich des Rotorgehäuses 6 ist ein
Raum 7. Im Raum 7 ist eine Kurvenführung bzw. Kontur 8 angeordnet. Die
Kolben 2, 3, 4, 5 führen jeweils eine Hubbewegung aus, angedeutet durch einen
Doppelpfeil. Der Kolben 2, 3, 4, 5 läuft entlang einer geraden ersten Führung 9. Die
erste Führung 9 ist als Zylindereinheit in das Rotorgehäuse 6 eingesetzt. Der
Kolben 2, 3, 4, 5 hat einen Kolbenboden mit einem kegelförmigen Aufsatz 10, der
zentralsymmetrisch (zentrisch) angeordnet ist. Der Aufsatz 10 gestaltet die
Brennraumgeometrie mit. Die dargestellte Kegelform des Aufsatzes 10 nützt den
Einlassdrall des einströmenden Brennstoff-Luft-Gemisches im Ansaugvorgang aus,
um im Brennraum eine bessere Verwirbelung und damit Vermischung zu
erzielen. Dadurch verbessert sich die nachfolgende Verbrennung. Der kegelförmige
Aufsatz 10 kann zur Gestaltung des Brennraumes auch durch einen anderen
Aufsatz ersetzt werden, wobei dessen Geometrie beispielsweise von der Art der
Zuführung des zu verbrennenden Mediums, d. h. des Brennstoffes, abhängig ist.
Beispielsweise können verschiedene Einspritzverfahren verwendet werden, wie sie
für einen Otto- bzw. Dieselmotor typisch sind. Dazu gehören
Strahleinspritzverfahren ohne Luftdrall mit einer 6- bis 8-Lochdüse, wie es bei langsam laufenden
Großdieselmotoren bekannt ist. Auch kann eine 3- bis 5-Lochdüse verwendet
werden, wobei bei Direkteinspritzung die zu dem jeweiligen Kolben 2, 3, 4, 5
strömende Verbrennungsluft in Form einer Drallströmung durch entsprechende
Gestaltung des Einlassorgans eine Gemischbildung bewirkt. Auch besteht die
Möglichkeit, Kraftstoffaufspritzung auf die Brennraumwand über eine exzentrisch
angeordnete Einlochdüse in einen muldenförmigen Brennraum zu spritzen.
Neben Direkt-Einspritzverfahren sind auch Nebenkammer-Verbrennungsverfahren
wie beispielsweise Wirbelkammerverfahren oder Vorkammerverfahren
einsetzbar. Bei entsprechender Gestaltung der Hubkolbenmaschine 1 gelingt auch eine
Ladungsschichtung, bei der durch innere Gemischbildung ein entzündbares
Gemisch an der Zündkerze erzeugt wird, während im übrigen Bereich des
Brennraumes ein abgemagertes Gemisch vorliegt.
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Die Hubkolbenmaschine 1 ist auch als Vielstoffmotor einsetzbar. Aufgrund einer
hohen Verdichtung der Hubkolbenmaschine 1, die beispielsweise bei ε = 14 bis ε
= 25 und höher liegen kann, ist es möglich, Kraftstoff unterschiedlichster Qualität
ohne Motorschäden verarbeiten zu können. Dabei wird beispielsweise eine innere
Gemischbildung eingesetzt, wobei zur Unterstützung der Zündung ein zusätzlich
direkt in den Brennraum eingespritzter Brennstoffstrahl von 5-10% der
Brennstoffvollastmenge eine Entflammung sicherstellt. Bei Letzterem kann auch eine
äußere Gemischbildung verwendet werden. Somit ist die Hubkolbenmaschine 1
für verschiedenste Brennstoffe einsetzbar. Dazu gehören neben üblichen Benzin-
oder Dieselkraftstoff auch Alkohol oder Gas, insbesondere auch Wasserstoff. Die
für die jeweiligen Verbrennungsverfahren notwendigen Bauteile sind in einem
nicht näher dargestellten Mantelgehäuse angeordnet, in welchem das
Rotorgehäuse 6 liegt.
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Neben unterschiedlichen Verbrennungsverfahren kann die Arbeitsweise der
Hubkolbenmaschine 1 auch durch verschiedenartige Aufladeverfahren unterstützt
werden. Dazu eignen sich Schwingsaugrohr-Aufladung, Resonanz-Aufladung
oder Schaltansaugsysteme, deren Ansaugrohrlänge je nach Drehzahl durch Öffnen
oder Schließen von Klappen veränderbar ist. Neben dem Einsatz dieser
Aufladungssysteme, welche die Dynamik der angesaugten Luft (Schwingung der
Luftsäule) ausnutzen, sind auch mechanische Aufladungssysteme wie beispielsweise
Verdrängerlader in Kolben- bzw. Vielzellen- oder Rootsbauart einsetzbar.
Ebenfalls einsetzbar ist Abgasturboaufladung, wobei die einzusetzende Abgasturbine je
nach Drehzahl der Hubkolbenmaschine 1 zu- bzw. abschaltbar ist. Neben der
Abgasturboaufladung ist auch Druckwellenaufladung mit einem Druckwellenlader
möglich. Unterstützt wird eine entsprechende Aufladung weiterhin durch
Verwendung von Ladeluftkühlung für die Hubkolbenmaschine 1. Auf diese Weise
gelingt es, eine noch höhere Verdichtung zu erzielen. Ein entsprechendes
Aufladeaggregat wird dazu beispielsweise direkt oder indirekt mit dem Rotorgehäuse 6
verbunden, um dessen Rotationsenergie mit ausnutzen zu können.
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Der in Fig. 1 dargestellte Kolben 2, 3, 4, 5 hat weiterhin einen ersten Kolbenring
11 und einen zweiten Kolbenring 12. Beide Kolbenringe 11, 12 dichten einen
Verbrennungsraum 13 gegen den Raum 7 ab. Gemäß der dargestellten
Ausführung übernimmt der zweite Kolbenring 12 auch die Funktion eines
Ölabstreifringes. Das zur Schmierung des Kolbens 2, 3, 4, 5 dienende Öl wird dabei vom
inneren Bereich des Raumes 7 nach außen zur ersten Führung 9 gebracht. Weiterhin
kann der Kolben dehnungsregelnde Streifeneinlagen haben, so dass
unterschiedliche Materialien und damit unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten
berücksichtigt werden. Beispielsweise ist das Rotorgehäuse 6 bzw. die erste Führung 9
aus Aluminium gefertigt.
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Weiterhin ist aus Fig. 1 ersichtlich, dass der Kolben 2, 3, 4, 5 ein Dichtteil 14
zusammen mit einem Pleuel 15 bildet. Das Pleuel 15 ist direkt mit dem Kolben 2, 3,
4, 5 verbunden, beide sind starr aneinandergekoppelt. Die Gestaltung der Kontur 8
erlaubt es, dass der Kolben 2, 3, 4, 5 linear geführt ist. Dadurch kann
beispielsweise auf einen Kolbenbolzen und dessen Lagerung im Pleuel verzichtet werden.
Die Kontur 8 weist dazu einen gekrümmten Abschnitt auf, um im Verbund mit
der Kopplung eine lineare Führung des Kolbens in der Hubkolbenmaschine 1 zu
gewährleisten. Weiterhin ist am Pleuel 15 eine Öffnung 16 für ein Pleuellager 17
angeordnet, wobei das Pleuellager 17 eine Verbindungswelle 18 aufnimmt. Die
Verbindungswelle 18 verbindet die Kontur 8 mit dem Pleuel 15. Dabei ist die
Verbindungswelle 18 exzentrisch zur Mitte des Kolbens 2, 3, 4, 5 angeordnet.
Dadurch bildet das Pleuel 15 einen Hebelarm. Das Pleuel 15 weist im Querschnitt
vorzugsweise eine Stegform auf. Dies erlaubt eine gute Aufnahme und
Übertragung von Druckkräften.
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Weiterhin ist in Fig. 1 dargestellt, dass am Pleuel 15 ein Führungsteil 19 starr
verbunden ist. Das Führungsteil 19 ist in einer zweiten Führung 20 angeordnet.
Die zweite Führung 20 ist beispielsweise eine im Rotorgehäuse 6 angeordnete
Laufbuchse. Um das Führungsteil 19 ist ein Lager 21 angeordnet. Das Lager 21
erlaubt eine weitestgehend reibungsfreie Bewegung des Führungsteils 19 in der
zweiten Führung 20. Das Lager 21 ist vorzugsweise ein Wälzlager. Da das
Führungsteil 19 mit dem Dichtteil 14 ein Hebelsystem bildet, ist das Lager 21
insbesondere auch in der Lage, entsprechend dem Hebelsystem auftretende Druckkräfte
auf das Rotorgehäuse 6 zu übertragen. So wie in Fig. 1 dargestellt, ist das Lager
21 gegenüber der zweiten Führung 20 und dem Führungsteil 19 gegenüber jeweils
beweglich. Damit das Lager 21 nicht radial nach außen aus dem Rotorgehäuse 6
austreten kann, ist ein Sicherungsring 22 als Wegbegrenzung im Rotorgehäuse 6
angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass das Führungsteil 19 bei einem Umlauf
um 360° um die Kontur 8 über die zweite Führung 20 hinausgeraten kann, ohne
aber, dass eine die Kraft übertragende Fläche der zweiten Führung 20 nicht
vollständig ausgenutzt wird. Vorteilhafterweise ist das Lager 21 zumindest ebenso
lang wie die zweite Führung 20.
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Fig. 1 zeigt die vier Kolben 2, 3, 4, 5 in jeweils unterschiedlicher Arbeitsposition.
Die Drehrichtung ist durch Pfeile angedeutet. Der erste Kolben 2 beginnt gerade
mit dem Ansaugen, der zweite Kolben 3 befindet sich etwa in der Endphase des
Ansaugens, der dritte Kolben 4 befindet sich am Ende der Zündphase, der vierte
Kolben 5 befindet sich in der Arbeitsphase. Entsprechend der jeweiligen Stellung
der Kolben 2, 3, 4, 5 befindet sich das Führungsteil 19 jeweils in einer
unterschiedlichen Position innerhalb der zweiten Führung 20. Das Lager 21 ist aber so
bemessen, dass es durchaus auch über die zweite Führung 20 radial nach innen
hinausragen kann. Damit das Lager 21 beispielsweise bei Stillstand der
Hubkolbenmaschine 1 nicht auf die Kontur 8 stößt, kann eine entsprechende
Wegbegrenzung vorgesehen werden. Diese ist beispielsweise am Führungsteil 19 selbst
vorhanden, beispielsweise mittels eines Materialvorsprungs. Zum anderen kann die
zweite Führung 20 selbst eine derartige Wegbegrenzung aufweisen. Das Lager 21
wird vorzugsweise ebenfalls geschmiert. Die Schmiermittelzuführung erfolgt über
die Ölspritzdüse 58, die alle Bauteile ausreichend mit Schmieröl versorgt.
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Weiterhin ist aus Fig. 1 ersichtlich, dass die Kontur einen ersten Abschnitt A,
einen zweiten Abschnitt B und einen dritten Abschnitt C aufweist. Diese sind
jeweils gekrümmt. Die Krümmung ist so ausgelegt, dass das Führungsteil 19 wie
auch der Kolben 2, 3, 4, 5 entlang der ersten Führung 9 bzw. der zweiten Führung
20 linear verlaufen können. Der dritte Abschnitt C ist insbesondere zumindest
teilweise so ausgestaltet, dass während der dort stattfindenden Arbeitsphase der
Kolben 2, 3, 4, 5 im Wesentlichen konstant in seiner Position innerhalb der ersten
Führung 9 verbleibt. Dadurch ändert sich der Verbrennungsraum 13 während der
Arbeitsphase nicht. Das führt zu einer besonders hohen Druckerzeugung im
Verbrennungsraum 13. Das bewirkt über das Hebelsystem aus Dichtteil 14 und
Führungsteil 19 eine besonders große Drehmomentübertragung auf das
Rotorgehäuse 6. In einem vierten Abschnitt D hat die Kontur 8 eine derartige Form, dass
der Kolben 2, 3, 4, 5 so gelenkt wird, dass ein Ausströmen des verbrannten Gases
aus dem Verbrennungsraum 13 ermöglicht wird. Dazu weist die Kontur 8 in
Abschnitt D einen im Wesentlichen linearen Bereich auf. Weiterhin ist die Kontur 8
so ausgebildet, dass ein Kolbenkippen im oberen wie auch im unteren Totpunkt
verhindert wird. Damit geht auch eine Geräuschminderung hervor. Außerdem
wird der Seitendruck des Kolbens 2, 3, 4, 5 auf die Zylinderwand 9 minimiert.
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Fig. 1 zeigt weiterhin ein Gleitelement 24 des Gaswechsel-Dichtsystems 23. Das
Gaswechsel-Dichtsystem 23 ist auf einem Außenmantel 23a des Rotorgehäuses 6
angeordnet. Dadurch dreht sich das Gaswechsel-Dichtsystem 23 mit dem
Rotorgehäuse 6 mit. Das Gaswechsel-Dichtsystem 23 hat ein wälzgelagertes
Gleitelement 24, das außermittig an einem Zylinderende 25 federnd in einer Nut 26 fixiert
ist und dem Verbrennungsraum 13 abdichtend gegenüber liegt. Das Gleitelement
24 hat einen wälzgelagerten Gleitring 27, welcher eine erste 28 und eine zweite 29
Dichtlippe aufweist. Der Gleitring 27 ist an eine gegenüber angeordnete
Oberfläche eines Mantelgehäuses 30 angepasst. Die Dichtlippen 28, 29 wirken mit der
Oberfläche des Mantelgehäuses 30 dichtend zusammen. Bei einem Überlaufen
des jeweiligen Gleitelementes 24 über einen Zündkanal 31, in dem eine
Zündkerze 32 angeordnet ist, wird ein Zündfunke vorzugsweise erst dann ausgelöst, wenn
sich die Zündkerze 32 innerhalb der runden ersten Dichtlippe 28 befindet. Die
Geometrie des Zündkanals 31 im Mantelgehäuse 30 ist vorzugsweise so gestaltet,
dass beide Dichtlippen 28, 29 für eine Abdichtung sorgen. Somit wirkt das
Gleitelement 24 als eine Art Sicherheitsschleuse: sollte beim Überlaufen des
Zündkanals 31 ein gewisses Gasvolumen über die erste Dichtlippe 28 doch einmal
entweichen können, so wird dieses zumindest über die zweite Dichtlippe 29
aufgefangen. Das Gleitelement 24 ist innerhalb der Nut 26 wiederum so ausgelegt, dass
ein seitliches Entweichen des verdichteten Gases entlang der Nut 26
ausgeschlossen ist. Dazu kann die Nut 26 beispielsweise einen oder mehrere Dichtringe
aufweisen. Durch die federnde Lagerung des Gleitelementes 24 ist dieses in der
Lage, bei Überlaufen des Einlasskanals 33 und des Auslasskanals 34 sowie des
Zündkanals 31 durch entsprechenden Gegendruck zur Oberfläche des
Mantelgehäuses 30 die Dichtung sicherzustellen.
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Das Dichtsystem 23 gewährleistet über einer entsprechende Zu- bzw. Abführung
des einströmenden Gases eine möglichst vollständige Füllung bzw. Leerung des
Verbrennungsraumes. Dazu sind beispielsweise im Mantelgehäuse 30
entsprechende Steuerkanäle 33, 34 angeordnet, entlang derer die Befüllung bzw.
Entleerung des Verbrennungsraumes erfolgt. Die Steuerkanäle 33, 34 sind entlang der
dem Außenmantel 23a des Rotorgehäuses 6 gegenüberliegenden Oberfläche
angeordnet. Dieses gilt auch für das Gaswechsel-Dichtsystem 23. Aufgrund des
umlaufenden Gaswechsel-Dichtsystems 23 können die Steuerkanäle 33, 34
relativ lang sein. Vorzugsweise ist der Einlasskanal 33 wesentlich länger als der
Auslasskanal 34. Die Tiefe der Steuerkanäle 33, 34 sowie die Breite der
Steuerkanäle 33, 34 und der Abstand zwischen den Steuerkanälen 33, 34 ist von der Größe
der Hubkolbenmaschine abhängig.
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Fig. 2 zeigt die Hubkolbenmaschine 1 gemäß Fig. 1 in einer Seitenschnittansicht.
Daraus ist ersichtlich, dass das Gaswechsel-Dichtsystem 23 einen Dichtkörper 35
aufweist. An den Dichtkörpern 35 sind Dichtleisten 36 angeordnet. Über
Streifenfedern 37 werden die Dichtleisten 36 radial unter Druck gesetzt. Die Dichtkörper
35 wiederum sind ebenfalls in der Lage, auf die Dichtleisten 36 einen Druck
aufzuprägen. Die Druckaufprägung erfolgt in Umfangsrichtung. Dazu trägt jeder
Dichtkörper 35 eine Schenkelfeder 38. Die Schenkelfeder 38 sorgt somit für eine
Abdichtung zwischen dem Gleitring 27 bzw. dem Gleitelement 24 und der am
Gleitelement 24 anliegenden Dichtleiste 36. Das Gleitelement 24 ist dabei
außermittig angebracht, wobei der Grad der Außermittigkeit durch den Winkel α
angedeutet ist. Dichtkörper 35, Dichtleisten 36 und Streifenfeder 37 sind beidseitig am
Außenmantel 23a des Rotorgehäuses 6 in umlaufenden Nuten fixiert. Dadurch
gelingt es, dass die Ladungswechselkanäle und der Verbrennungsraum 13
vollständig abgedichtet sind. Diese Abdichtung ist auch dann gewährleistet, wenn der
Rotor 6 den Zündkanal 31 bzw. die Zündkerze 32 überläuft. Das Gaswechsel-
Dichtsystem 23 ist somit in der Lage, zum einen die Brennraumabdichtung wie
auch die Abdichtung beim Ladungswechsel zu bewirken. Zum anderen ermöglicht
das Gaswechsel-Dichtsystem 23 einen Ein- und Austritt von Gasen über radiale
Öffnungen. Dadurch entfällt die bei üblichen Hubkolbenmotoren notwendige
komplette Steuereinheit für den Gaswechsel, was zu einer erheblichen
Reduzierung an Bauteilen und zu einem besseren Ladungswechsel führt. Die in Fig. 1
dargestellte Hubkolbenmaschine 1 arbeitet in Viertakt-Arbeitsweise (Ansaugen,
Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen). Bei einer Umdrehung des Rotorgehäuses 6
vollzieht sich somit an zwei Kolben ein Arbeitsspiel, beispielsweise an Kolben 2
und 3.
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Die Hubkolbenmaschine 1 weist ein Mantelgehäuse 30 auf, welches zweigeteilt
ist. Ein erstes Mantelteilgehäuse 39 ist mit einem zweiten Mantelteilgehäuse 40
verbunden. Das rotierende Rotorgehäuse 6 ist im Mantelgehäuse 30 angeordnet.
Vorzugsweise ist das Rotorgehäuse 6 ebenfalls zweigeteilt. Ein erstes
Rotorteilgehäuse 41 ist mit einem zweiten Rotorteilgehäuse 42 verbunden. Die dem
Außenmantel 23a des Rotorgehäuses 6 gegenüberliegende Oberfläche des
Mantelgehäuses 30 ist gekrümmt, und zwar konkav. Bezüglich der Abdichtung hat diese
kugelförmige Ausbildung der Oberflächen den Vorteil, dass eine gasdichte
Abdichtung mittels des Gaswechsel-Dichtsystems 23 erleichtert wird, wobei die
Herstellungstoleranzen des Gaswechsel-Dichtsystems 23 so gewählt sind, dass die
Abdichtung der Funktionsräume ausreichend gewährleistet ist, und zwar trotz der
Bewegungsfreiheit der beweglichen Teile. Am Mantelgehäuse 30 ist weiterhin ein
Anschluss 43 angeordnet. Hierbei handelt es sich um den Anschluss für den
Auslasskanal 34. Der im Mantelgehäuse 30 weiter verlaufende, nur in Fig. 1
dargestellte Einlasskanal 33 ist gegenüber dem Kolben so angeordnet, dass eine
Gaszuführung außermittig erfolgt. Auf diese Weise wird bei dem einströmenden Gas
eine Drallwirkung erzeugt. Der Grad der Außermittigkeit ist wiederum durch den
Winkel α angedeutet.
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Aus Fig. 2 ist des Weiteren die Führung des Pleuels bzw. des Kolbens entlang der
Kontur 8 ersichtlich. Die Kontur 8 wird von einer Hubscheibe 44 sowie von zwei
in einander gegenüberliegenden Kurvenscheiben 45, 46 angeordneten,
verlaufskongruenten Nuten 47 gebildet. In den Nuten 47 ist eine Verbindungswelle 18
angeordnet, deren Enden 48, 49 jeweils ein Wälzlager 50 aufweisen. Den
Wälzlagern 50 sind wiederum Rollen 51 zugeordnet. Die Rollen 51 sowie die
Verbindungswelle 18 laufen an der Kontur 8 entlang. Auf der Verbindungswelle 18 ist
als Pleuellager ein Nadellager 17 angeordnet. Dieses zeichnet sich insbesondere
dadurch aus, dass es hohe Lagerkräfte aufnehmen und übertragen kann. Dies ist
vorteilhaft bei den aufgrund des Hebelsystems aus Dichtteil und Führungsteil 19
auftretenden Kräften und Momenten. Die äußere Flanke der Nut 47 nimmt dabei
die Fliehkräfte der Kolben 2, 3, 4, 5 auf, wobei die Kurvenflanke der Hubscheibe
44 die Gaskräfte aufnimmt. Die wälzgelagerte Rolle 51 hat gegenüber der inneren
Kurvenflanke der Nut 47 Spiel. Da sie beim Abrollen an der äußeren
Kurvenflanke eine Drehung um die eigene Achse ausführt, die gegenüber der anderen
Kurvenflanke die falsche Richtung hat. Dieses Spiel wird durch die Hubscheibe 44
vermieden, da die beiden Flanken der Nutkurve 47 gegeneinander versetzt sind
und jede Flanke auf der Verbindungswelle 18 eine eigene Rolle 51 aufweist. Die
Rollen 51 laufen dann mit gegenläufigem Drehsinn und können permanent auf
Anlage gehalten werden. Die Kurvenscheiben 45, 46 sind der Hubscheibe 44
gegenüberliegend angeordnet, wobei die Konturen deckungsgleich und
unverrückbar miteinander verschraubt sind. Die Kurvenscheiben 45, 46 sowie die
Hubscheibe 44 sind wiederum starr über den Gehäusedeckel 52 mit dem
Mantelgehäuse 30 verbunden. Die Kurvenscheiben 45, 46 sowie die Hubscheibe 44 dienen
weiterhin auch als Abstützung für eine Rotorgehäuselagerung, die hier als
Wälzlagerung 53 ausgebildet ist.
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In Fig. 2 ist ein Schmiersystem 54 dargestellt. Das Schmiersystem 54 ist im
Rotorgehäuse 6 sowie am Mantelgehäuse 30 angeordnet und weist eine Ölpumpe 55
auf. Diese ist durch die Mitnehmerscheibe 56 so an das Rotorgehäuse 6 gekoppelt,
dass diese angetrieben wird. Das Schmiersystem 54 ist als von der Einbaulage der
Hubkolbenmaschine unabhängige, d. h. lageunabhängige Druckumlaufschmierung
gestaltet. Dabei wird das Öl von der Zahnringpumpe 55 aus dem Ölring 57
angesaugt, und ein Überdruckventil innerhalb des Pumpengehäuses begrenzt den
Öldruck und leitet das überschüssige Öl in den Saugkanal der Pumpe zurück. Vom
Druckkanal wird das Öl über den Ölfilter zu den Ölspritzdüsen 58 gefördert. Von
dort aus gelangt das Schmieröl in das Rotorgehäuse 6. Wegen besserer
Übersichtlichkeit sind Überdruckventil, Ölfilter sowie die Ölkanäle auch in den einzelnen
zugehörigen Zeichnungen nicht näher dargestellt. Das Rotorgehäuse 6 weist
mehrere mitdrehende Schmierkanäle 59 auf; diese verteilen das Schmieröl auf die
betreffenden Schmierstellen. Aufgrund der Zentrifugalkräfte wird das
Schmiermedium, in der Regel Öl, nach außen gedrückt, so dass vorzugsweise ein
Schmierung der beweglichen Bauteile vom Inneren des Rotorgehäuses 6 nach außen
erfolgt. Auf diese Weise lässt sich die Umdrehungsgeschwindigkeit der
Hubkolbenmaschine auf weitere Weise ausnutzen. Der Ölrücklauf erfolgt über das
Rotorgehäuse 6, welches mehrere mitdrehende Schleuderkanäle 60 aufweist. Die
Zentrifugalkraft drückt das Schmieröl durch die Schleuderkanäle 60 nach außen. Das
Öl schleudert gegen die gegenüberliegende Ölringöffnung 61, tropft ab und
gelangt in den geschlossen Teil des Ölrings 57. Dort wird es dem Schmierkreislauf
wieder zugeführt. Dieser Vorgang wiederholt sich ständig, um eine zuverlässige
lageunabhängige Schmierung zu gewährleisten.
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Vorzugsweise ist der Ölring 57 um 360° drehbar, auf Rollen 62 gelagert und im
ersten Mantelteilgehäuse 39 angeordnet. Die Abdichtung des Ölrings 57 zum
Saugkanal 63 übernehmen zwei Dichtringe 64, die fest mit dem ersten
Mantelteilgehäuse 39 verbunden sind. Die Abdichtung der dem Saugkanal 63
gegenüberliegenden Seite übernimmt eine mit einer Druckfeder 65 versehener axial
beweglicher Dichtring 66 der in einer Nut 67 fixiert ist und der den Ölring 57 ständig auf
Anlage hält. Das erste Mantelteilgehäuse 39 weist Öffnungen 68 am Umfang auf,
durch welche das Schleuderöl in die Ölringöffnung 61 gelangt. Der Ölring 57 ist
zweigeteilt, wobei ein erstes Ölringgehäuse 69 mit einem zweiten
Ölringendgehäuse 70 verbunden ist. Der Ölring 57 kann aber auch aus einem Teil bestehen,
beispielsweise als Gussteil. Im Ölring 57 ist ein Schwimmernadelventil 71
angeordnet. Durch das Schwimmernadelventil 71 und die im ersten Mantelteilgehäuse
39 befindlichen Ölrücklaufbohrungen 72 wird das überschüssige Öl bzw. werden
Leckagen dem Schmierkreislauf wieder zugeführt.
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Um schon beim Start der Hubkolbenmaschine 1 einen ausreichenden Öldruck
vorliegen zu haben, ist es weiterhin möglich, dass beispielsweise ein
Öldruckspeicherbehälter zusätzlich mit angeordnet ist. Dieser wird während des Betriebes der
Hubkolbenmaschine 1 immer unter Druck gehalten. Dieser Druck baut sich auch
nach Abstellen der Hubkolbenmaschine 1 nicht ab. Vielmehr gibt er diesen Druck
erst frei, wenn die Hubkolbenmaschine 1 gestartet werden soll. Auch besteht die
Möglichkeit, eine vom Rotorgehäuse 6 getrennte Ölpumpe vorzusehen. Diese ist
beispielsweise über eine externe Energiequelle, wie eine Batterie, versorgbar.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass eine Ölpumpe über eine externe Energiequelle
wie auch über die Hubkolbenmaschine 1 selbst versorgt wird. Dabei besteht die
Möglichkeit, zu einem vorgebbaren Zeitpunkt von der einen Energiequelle auf die
andere Energiequelle umzuschalten.
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Fig. 2 zeigt einen Abtrieb 73 der Hubkolbenmaschine 1. Der Abtrieb 73 kann
direkt auf eine mechanische Energie aufnehmende Einrichtung wirken. Weiterhin
besteht die Möglichkeit, eine Kupplung vorzusehen. Eine Weiterbildung sieht vor,
ein Getriebe vorzusehen. Vorzugsweise ist das Getriebe ein Planetengetriebe 74.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn ein stufenloses Getriebe eingesetzt wird.
Die Hubkolbenmaschine 1 ist dann in der Lage, mit konstanter Drehzahl betrieben
zu werden. Die benötigte Drehzahl der Energie aufnehmenden Einrichtung wird
dann mittels des stufenlosen Getriebes eingestellt. Auch ist es auf diese Weise
möglich, das abgenommene Drehmoment zu ändern. Neben einem stufenlosen
Getriebe ist auch der Einsatz eines Getriebes mit Getriebestufen möglich.
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Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt des Hubkolbenmotors 1, wie er in Fig. 1 und Fig. 2
dargestellt ist. Dargestellt ist das Hebelsystem aus Dichtteil 14, Führungsteil 19
und Kontur 8. Die Rollen 51 des Hebelsystems befinden sich entlang der Kontur 8
in einer Position, in der ein hohes Drehmoment auf das Rotorgehäuse 6
übertragen wird. Diese Übertragung wird durch ein Kräftedreieck mit entsprechender
Bemaßung exemplarisch aufgezeigt. Während auf die Mitte des Kolbens 2, 3, 4, 5
beispielsweise eine maximale Gaskraft F1 von 2600 N wirkt, führt der Abstand l2
von beispielsweise 38 mm zwischen der Kolbenmittelachse und der
Rollenmittelachse bei einer Kraftwirkung aufgrund der Geometrie des Kolbens 2, 3, 4, 5 zu
einer berechneten Kraftwirkungsrichtung, die einen Winkel β von etwa 34° ergibt.
Übertragen auf die wirkende Kraft auf das Rotorgehäuse 6 ergibt sich bei einer
entsprechenden Auslegung des Führungsteils 19 eine Kraft F2 von ca. 3850 N.
Dabei ist eine mittlere wirkende Länge L1 von ca. 25 mm (wirksamer mittlerer
Hebelarm) angenommen. Anhand dieses Beispiels ist aufgezeigt, wie mittels des
Hebelsystems die auf den Kolben 2, 3, 4, 5 wirkende Kraft zu einer
Drehmomenterhöhung ausnutzbar ist. Die Krafterhöhung von F1 = 2600 N auf F2 = 3850 N ist
hier nur exemplarisch. Je nach Änderung der Hebelwege und der
kraftübertragenden Flächen, sei es am Kolben 2, 3, 4, 5 oder aber am Führungsteil 19, lässt sich
das für die jeweilige Anwendung geeignetste Drehmoment einstellen,
beispielsweise unter Berücksichtigung der auftretenden Belastungen im verwendeten
Material der einzelnen Bauteile. Neben der in Fig. 3 dargestellten linearen Führung
der Kolben 2, 3, 4, 5 und des Führungsteils 19 besteht bei entsprechender
Anpassung der Kontur 8 auch die Möglichkeit, eine gekrümmte Führung entweder des
Führungsteils 19 oder aber auch des Kolbens 2, 3, 4, 5 selbst bzw. beider in
Kombination miteinander vorzusehen. Dazu wird die Kontur 8 entsprechend so
angepasst, dass bei einem Umlauf um 360° Kolben 2, 3, 4, 5 wie auch
Führungsteil 19 jeweils entlang ihrer Führung laufen können. Auch besteht die
Möglichkeit, über die Geometrie der Kolbenoberfläche die Krafteinleitungswirkung in das
Hebelsystem entsprechend einstellen zu können. So ist es möglich, eine
resultierende Krafteinleitung anstatt mittig auch versetzt zur Kolbenachse vorzusehen.
Beispielsweise ist eine resultierende Krafteinleitung in das Hebelsystem
außermittig von der Kolbenmittelachse möglich, insbesondere im Bereich eines
äußeren Kolbenbereiches vorzugsweise zur Erzielung eines großen Hebelarmes. Dies
ist beispielsweise über eine entsprechende Oberflächengestaltung des Kolbens 2,
3, 4, 5 möglich. Zweckmäßig ist es weiterhin, wenn das Führungsteil 19 sich
radial weit nach außen zur Kraftübertragung erstrecken kann. Dieses verbessert die
Drehmomentwirkung. Insbesondere gelingt es dadurch, dass über die radiale
Erstreckung des Führungsteils 19 das Integral der Flächenkraft am Führungsteil
19 so gestaltet wird, dass dieses entweder einer gleichmäßig steigenden Funktion
oder einer Exponentialfunktion entsprechend verläuft.
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Fig. 4 zeigt den Abschnitt aus Fig. 3 in einer Aufsicht. Die Rollen 51, die an der
Kontur 8 anliegen, werden an diese über eine Fliehkraft F3 von beispielsweise 800 N
gedrückt. Die Fliehkraft ist abhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit. Die
erste Kurvenscheibe 45 und die zweite Kurvenscheibe 46 sind so ausgelegt, dass
sie diese Fliehkraft aufnehmen können. Im Arbeitstakt sind die Rollen 51, die an
der Kontur 8 der Hubscheibe 44 anliegen, an diese über eine Gaskraft F1 von
beispielsweise 2600 N gedrückt. Dabei ist die Hubscheibe 44 so ausgelegt, dass sie
diese Gaskraft entsprechend aufnehmen kann. Durch entsprechende Bauteile des
Hebelsystems, kann dieses an einer jeweils entsprechenden Hubkolbenmaschine 1
mit anderen Abmessungen angepasst werden. Vorzugsweise ist das Führungsteil
19 aus einem Teil, wobei dieses auch als Hülsenelement auf das Hebelsystem
aufgeschraubt werden kann. Insbesondere erlaubt dieses, ein Baukastensystem
aufzubauen. Das Baukastensystem enthält beispielsweise Kolben, Pleuel, Lager,
Rollen, Hubscheibe, Kurvenscheiben, etc.
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Fig. 5 zeigt das Gaswechsel-Dichtsystem 23 aus Fig. 2. Wie in Fig. 5 dargestellt,
weist das Gaswechsel-Dichtsystem 23 vier Gleitelemente 24, acht Dichtkörper 35sowie sechzehn Dichtleisten 36 und sechzehn Streifenfedern 37 auf. An die
Dichtkörper 35 sowie an die Gleitelemente 24 dichtend angepasst sind
Dichtleisten 36. Durch die Streifenfedern 37 wird ein radialer Druck auf die Dichtkörper
35 und Dichtleisten 36 ausgeübt.
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Fig. 6 zeigt ein Gleitelement 24 aus Fig. 5 in auseinander gezogener Darstellung.
Das Gleitelement 24 hat einen wälzgelagerten Gleitring 27, auf dem eine erste
Dichtlippe 28 und eine zweite Dichtlippe 29 angeordnet sind. Der Gleitring 27 ist
zusammen mit einem Kugelkäfig 75, einem Laufring 76 und einer Tellerfeder 77
als Radialdruckeinrichtung für das Gleitelement 24 in einer am Zylinder
befindlichen Nut 26 fixiert. Der Innendichtring 78 dichtet dabei das Gleitelement 24 zum
Verbrennungsraum 13 hin ab. Die Fixierung des Gleitelements 24 sowie die
Abdichtung des Gleitelements 24 zum Verbrennungsraum 13 zeigt Fig. 1.
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Fig. 7 zeigt einen Dichtkörper 35 aus Fig. 5 in seinen näheren Einzelheiten. Der
Dichtkörper 35 enthält eine Schenkelfeder 38, die durch einen Zylinderstift 79
fixiert ist. Über die Schenkelfeder 38 wird ein Druck auf die im Dichtkörper 35
anzuordnenden Dichtleisten 36 ausgeübt. Die Schenkelfeder 38 drückt die
Dichtleisten 36 nach außen, so dass im eingebauten Zustand in der Nut eine
Kraftwirkung in Umfangsrichtung die Dichtleisten 36 auf die Gleitelemente 24 drückt.
Dadurch werden auch die Dichtleisten 36 in ihrer Position gehalten. Auf diese
Weise ist die Abdichtung für den Gaswechsel realisiert. Zum anderen erlaubt
dieses eine Abdichtung von Bauteilen, die sich im Inneren des Rotorgehäuses 6
befinden. Die Dichtkörper 35 können beispielsweise aus Silizium-Nitrit bestehen.
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Fig. 8 zeigt eine Dichtleiste 36. Diese hat ein erstes Ende 80 und ein zweites Ende
81. Das erste Ende 80 ist an das Gleitelement 24 entsprechend zur Abdichtung
angepasst. Das zweite Ende 81 wiederum ist so gestaltet, dass es den Druck von
der Schenkelfeder 38 aufnimmt und in die Dichtleiste 36 zum ersten Ende 80insbesondere gleichförmig überträgt. Die Dichtleiste 36 selbst kann wiederum aus
Silizium-Nitrit bestehen.
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Fig. 9 zeigt eine Möglichkeit, einen Radialdruck auf eine Dichtleiste 36
auszuüben. Diese Radialdruckeinrichtung hat die Form einer Streifenfeder 37. Durch
die Wellung erlaubt es die Streifenfeder 37, dass über den Umfang verteilt
mehrere Krafteinleitungspunkte an der Dichtleiste 36 anliegen. Dieses führt zu einer
gleichförmigen Druckausübung in radialer Richtung und damit einer besonders
wirkungsvollen Abdichtung.
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Fig. 10 zeigt einen Ölring 57 des Schmiersystems 54. Der Ölring 57 ist
zweigeteilt. Ein erstes Ölringgehäuse 69 ist mit einem zweiten Ölringendgehäuse 70
verbunden. Der Ölring 57 hat einen ersten Abschnitt E und einen zweiten Abschnitt
F. Diese sind der Drehachse des Ölrings 57 jeweils radial zugeordnet. Der
Abschnitt E stellt dabei den geschlossenen Teil, der Abschnitt F den offenen Teil des
Ölrings 57 dar. Der Volumeninhalt des geschlossenen Teils im Abschnitt E des
Ölrings sollte kleiner als maximal aber gleich groß wie der Volumeninhalt der
halben Ölringöffnung des Abschnittes F sein. Dadurch wird unnötiger
Ölüberschuss vermieden und werden Öl- und hydraulische Verluste minimiert. Die
Ölrückführung erfolgt über das Schwimmernadelventil 71, das im Ölring 57 und in
den Ölrücklaufbohrungen 72 im ersten Mantelteilgehäuse 39 angeordnet ist.
Vorzugsweise ist der Ölring 57 auf Rollen 62 gelagert, damit sich dieser leichter um
seine eigene Achse um 360° drehen kann. Für die Ölstandskontrolle sind am
Ölring 57 sowie an der Ölringabdeckung Schaugläser 82 angebracht, die
Markierungen aufweisen, um den Ölstand messen zu können. Der Ölstand selbst wird durch
die im Ölring 57 angeordnete Öleinfüllschraube 83 und die Ölablassschraube 84
geregelt.
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Fig. 11 zeigt eine Mehrfachanordnung von Hubkolbenmaschinen 1a, 1b, 1c. Diese
sind miteinander gekoppelt. Weiterhin weist diese Mehrfachanordnung eine
Aufladeeinrichtung 85 auf. Diese kann beispielsweise eine Ladeluftkühlung 86
enthalten, welche zweckmäßigerweise bei einer Abgasturboaufladung vorgesehen ist.
Die Hubkolbenmaschinen werden über eine Schmiereinrichtung 87 mit
Schmiermittel versorgt. Die Schmiereinrichtung ist vorzugsweise mit den
Hubkolbenmaschinen 1a, 1b, 1c so gekoppelt, dass diese durch letztere angetrieben wird. Dann
wird bevorzugt als Schmiereinrichtung 87 eine lageunabhängige
Druckumlaufschmierung verwendet. Auch besteht die Möglichkeit, eine externe
Schmiereinrichtung 87 vorzusehen. Diese wird beispielsweise über eine externe
Energiequelle 88, beispielsweise eine Batterie, gespeist. Weiterhin ist eine Elektronik 89
in Verbindung mit der Hubkolbenmaschine 1a, 1b, 1c vorgesehen. Die Elektronik
89 steuert oder regelt diese. Beispielsweise kann eine oder können mehrere dieser
Hubkolbenmaschinen 1a, 1b, 1c zu- oder abgeschaltet werden. Die Elektronik 89
steuert auch die Zündung. Beispielsweise kann auch die Zündung zu- bzw.
abgeschaltet werden. Weiterhin regelt bzw. steuert die Elektronik 89 die
Brennstoffmenge, welche über einen Brennstoffvorratsbehälter 90 über eine entsprechende
Gemischaufbereitung 91 oder ähnliches den Hubkolbenmaschinen 1a, 1b, 1c
zugeführt wird. An den Hubkolbenmaschinen 1a, 1b, 1c ist weiterhin eine
Abgasnachbehandlungsvorrichtung 92 anschließbar. Dieses ist beispielsweise ein
Katalysator, eine Abgasrückführung, etc. Vorzugsweise wird diese ebenfalls mittels
der Elektronik 89 gesteuert bzw. geregelt, und zwar unter anderem über die
Brennstoffzufuhr.
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An den Hubkolbenmaschinen 1a, 1b, 1c ist ein Verbraucher 93 anschließbar, der
die von den Maschinen stammende Energie umsetzt. Zwischen dem Verbraucher
93 und den Hubkolbenmaschinen 1a, 1b, 1c ist vorzugsweise auch ein
Zwischenglied 94 angeordnet. Das Zwischenglied 94 ist beispielsweise eine Kupplung, ein
Getriebe oder sonstiges.
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Die Hubkolbenmaschine 1a, 1b, 1c ist auch in einem Verbund mit einer oder
mehreren anderen Energieversorgungseinrichtungen 95 einsetzbar. Dies kann eine
Brennstoffzelle, eine Batterie oder ähnliches sein. Die
Energieversorgungseinrichtung 95 versorgt den Verbraucher 93 ebenfalls mit Energie. Über die
Elektronik 89 ist die Energieversorgungseinrichtung 95 ebenso zu- wie abschaltbar wie
eine oder mehrere der Hubkolbenmaschinen 1a, 1b, 1c. Die Hubkolbenmaschinen
1a, 1b, 1c können dabei beispielsweise als Grundversorger dienen. Die
Energieversorgungseinrichtung 95 wird nur bei Bedarf zugeschaltet. Dieses ist auch
umgekehrt möglich. Auch können sich beide ergänzen.
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Die Hubkolbenmaschine, wie oben beschrieben, wird bevorzugt entweder allein
oder mit anderen Aggregaten zusammen betrieben. Beispielsweise ist die
Hubkolbenmaschine als Energieerzeuger in einer stationären Anwendung einsetzbar.
Beispielsweise ist dieses bei Blockheizkraftwerken möglich. Andere
Anwendungsgebiete im stationären Bereich sind Kleinstenergieversorger oder transportable
Aggregate wie beispielsweise Notstromaggregate. Weiterhin bietet die
Hubkolbenmaschine aufgrund seines Aufbaus die Möglichkeit, für Nutzkraftfahrzeuge,
Personenkraftfahrzeuge oder auch Kleingeräte wie Rasenmäher, Sägen und
anderes eingesetzt zu werden. Auch ist die Hubkolbenmaschine bei anderen
Transportmitteln einsetzbar, wie Motorrädern oder Mopeds.
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Mit dieser neuen Hubkolbenmaschine gelingt eine Reduzierung des
Kraftstoffverbrauchs. Auch ist es damit möglich, die weltweit bekannten Abgasvorschriften
jetzt und zukünftig zu erfüllen. Die Hubkolbenmaschine stellt ein sehr hohes
Drehmoment zur Verfügung bei sehr niedrigen Drehzahlen. Daher sind gute
Fahrleistungen möglich. Insbesondere ist die Hubkolbenmaschine für Fahrzeuge
einsetzbar, die mit Wasserstoff betrieben werden. Durch den Aufbau der
Hubkolbenmaschine ergibt sich prinzipbedingt eine Reduzierung der entstehenden
Geräuschemissionen. Dies ermöglicht, die Hubkolbenmaschine auch in
lärmempfindlichen Bereichen einsetzen zu können. Durch Aufbau einer
Hubkolbenmaschine nach einem Baukastensystem mit vielen gleichen Bauteilen gelingt eine
Reduzierung der Fertigungskosten. Durch das Arbeitsprinzip fallen aufwendige
Bauteile wie beispielsweise ein Ventiltrieb bei üblichen Hubkolbenmotoren weg.
Trotzdem bleibt die Zuverlässigkeit gewahrt. Die Verschleißteile sind aufgrund
des gegenüber üblichen Kolbenmaschinen grundsätzlich anderen Aufbaus von
geringerer Anzahl. Dieses erleichtert zum einen die Wartung. Zum anderen ist
dadurch ein einfacher Austausch der Bauteile mit niedrigerem Kostenaufwand
möglich. Die Hubkolbenmaschine ist so ausgelegt, dass sowohl Abdichtung bei
entsprechender Schmierung trotz einer unvermeidlichen Wärmeausdehnung und
ggf. entsprechender Verformung auch unter Belastung von Bauteilen, als auch
Funktionsfähigkeit auch bei fortschreitendem Verschleiß sichergestellt sind.
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Das Funktionsprinzip erlaubt viele Möglichkeiten, die Hubkolbenmaschine zu
betreiben. Vorteilhaft ist es beispielsweise, eine Verbrennung des Kraftstoffes bei
gleichem Zylindervolumen im Arbeitstakt vorzunehmen. Auch wird die
Hubkolbenmaschine so ausgelegt, dass im Arbeitstakt den Gaskräften keine Massenkräfte
entgegenwirken. Die vorteilhafte Viertakt-Arbeitsweise mit getrenntem
Gaswechsel erfordert gegenüber üblichen Kolbenmotoren weniger Verlustarbeit. Die
Auslegung des Kolbens mit Dicht- und Führungsteil als Hebelsystem ermöglicht eine
hohe Kraftübertragung bzw. ein großes Drehmoment. Der Brennraum kann
kompakt gehalten werden, was wiederum nur eine kleine Brennraumoberfläche
erfordert. Dieses erlaubt, die Hubkolbenmaschine flüssig- aber auch luftzukühlen.
Dadurch, dass der Angriffspunkt der Kolbenführung weit aus dem Rotordrehpunkt
herausliegt, wird über die Gaskraft in Verbindung mit dem Hebelarm im
Arbeitstakt ein großes Drehmoment erzeugt. Weiterhin ist an der Hubkolbenmaschine
vorteilhafterweise nur eine Zündkerze sowie ein Vergaser bzw. Einspritzdüse
notwendig. Dies verkleinert die Anzahl der zu wartenden, auch
verschleißanfälligen Bauteile. Eine Brennraumabdichtung gelingt mittels eines Gleitringes,
der insbesondere rotierend sein kann. Durch die Rotation erhält das Brennstoff-
Luft-Gemisch einen für die Verbrennung vorteilhaften Drall. Die Abdichtung
zwischen dem Mantelgehäuse und dem Rotorgehäuse erfolgt durch die
feststehenden Dichtelemente in sicherer Weise. Über ein entsprechendes Getriebe,
beispielsweise ein Planetengetriebe, ist auch eine Drehzahlerhöhung der
Hubkolbenmaschine für den Verbraucher möglich. Einen weiteren Vorteil und damit eine
besondere Flexibilität für die Einsetzbarkeit der Hubkolbenmaschine ist eine
lageunabhängige Ölversorgung. Die Hubkolbenmaschine kann in allen denkbaren
Einsatzlagen eingesetzt werden. Trotzdem bleibt die Ölversorgung immer
gesichert. Insgesamt ermöglicht auch die Trennung von Einlass- und Auslasskanälen
eine ausreichende Kühlung aller ruhenden und beweglichen Bauteile. Dieses wird
noch unterstützt durch die Trennung von Verbrennungsräumen von sonstigen
beweglichen Teilen des Motors. Die Hubkolbenmaschine gewährleistet somit eine
hohe Leistung und sichere Funktion bei wenig Störanfälligkeit.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 Hubkolbenmaschine
1a Hubkolbenmaschine
1b Hubkolbenmaschine
1c Hubkolbenmaschine
2 Kolben
3 Kolben
4 Kolben
5 Kolben
6 Rotorgehäuse
7 Raum
8 Kontur
9 Führung
10 Aufsatz
11 Kolbenring
12 Kolbenring
13 Verbrennungsraum
14 Dichtteil
15 Pleuel
16 Öffnung/Pleuel
17 Pleuellager
18 Verbindungswelle
19 Führungsteil
20 Zweite Führung
21 Lager
22 Sicherungsring
23 Gaswechsel-Dichtsystem
23a Außenmantel
24 Gleitelement
25 Zylinderende
26 Nut/Zylinder
27 Gleitring
28 Erste Dichtlippe
29 Zweite Dichtlippe
30 Mantelgehäuse
31 Zündkanal
32 Zündkerze
33 Einlaßkanal
34 Auslaßkanal
35 Dichtkörper
36 Dichtleisten
37 Streifenfeder
38 Schenkelfeder
39 Erstes Mantelteilgehäuse
40 Zweites Mantelteilgehäuse
41 Erstes Rotorteilgehäuse
42 Zweites Rotorteilgehäuse
43 Anschluß
44 Hubscheibe
45 Kurvenscheibe
46 Kurvenscheibe
47 Nuten/Kontur
48 Enden/Verbindungswelle
49 Enden/Verbindungswelle
50 Wälzlager
51 Rollen/Verbindungswelle
54 Schmiersystem
55 Ölpumpe
56 Mitnehmerscheibe
57 Ölring
58 Ölspritzdüsen
59 Schmierkanäle
60 Schleuderkanäle
61 Ölringöffnung
62 Rollen/Ölring
63 Saugkanal
64 Zwei Dichtringe
65 Druckfeder
66 Dichtring
67 Nut/Dichtring
68 Öffnungen/Mantelteilgehäuse
69 Erstes Ölringgehäuse
70 Zweites Ölringendgehäuse
71 Schwimmernadelventil
72 Ölrücklaufbohrungen
73 Abtrieb
74 Planetengetriebe
75 Kugelkäfig
76 Laufring
77 Tellerfeder
78 Innendichtring
79 Zylinderstift
80 Erstes Ende/Dichtleiste
81 Zweites Ende/Dichtleiste
82 Schaugläser
83 Öleinfüllschraube
84 Ölablaßschraube
85 Aufladeeinrichtung
86 Ladeluftkühlung
87 Schmiereinrichtung
88 Energiequelle
89 Elektronik
90 Brennstoffvorratsbehälter
91 Gemischaufbereitung
92
Abgasnachbehandlungsvorrichtung
93 Verbraucher
94 Zwischenglied
95 Energieversorgungseinrichtung