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Ein Maschinenkonzept für:
- – einen Verbrennungsmotor
- – einen Luftdruck, Dampfdruck, Wasserdruckmotor
- – einen Kompressor
- – Eine Pumpe
- a. Einsatz als Fahrzeugantrieb, stationärer Antrieb, Strom-, und Bewegungsenergie-Lieferant für den Privathaushalt und die Industrie.
- Mögliche Energieträger für den Motor sind flüssige u. gasförmige Kraftstoffe sowie Luftdruck, Wasserdruck und Dampfenergie.
- b. Einsatz als Pumpe für flüssige und gasförmige Stoffe,
- c. Einsatz als Kompressor für gasförmige Stoffe.
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Gliederung
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- 01. Einleitung
- 02. Vorüberlegungen
- 03. Geschichte Ringkolbenmotoren
- 04. Arbeitsweise (schematisch)
- 05. Kraftübertragung (Detail)
- 06. Kolbenschmierung
- 07. Kühlung
- 08. Motorbestandteile
- 09. Effizienz
- 10. Zeichnungen
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01. Einleitung
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Die Motortechnik für Verbrennungsmotoren mit Kolben sowie die Dampfmaschinentechnik ist seit dem ersten Ottomotor/der ersten Dampfmaschine im Prinzip die Selbe geblieben. Kolben werden erst in die eine Richtung beschleunigt, verzögert, kommen zum Stillstand, um in die andere Richtung beschleunigt, verzögert zu werden, zum Stillstand zu kommen, und so weiter. Diese Wechselbewegungen sind eine enorme Energieverschwendung.
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Da die Verbrennungsenergie, die in einem Energieträger steckt, bei Kolbenmotoren über eine Vielzahl mechanischer Teile (Kolben, Pleuel, Kurbelwelle, Kupplung Getriebe, Kardan, Steuerkette, Nockenwellen, Ventile, Ventilfedern und vieles mehr) in Fortbewegungsenergie umgewandelt wird, wird nur ein geringer Teil dieser Energie ausgenutzt (35–45%).
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Bisher hat es an der alten Kolbenmotortechnik nur eine Weiterentwicklung gegeben (die Dampfmaschinentechnik findet de facto keine Anwendung mehr).
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Der Ringkolbenmotor der Bauart Witt mit der desmodromischen Steuerung (Zwangssteuerung) ist eine Neuentwicklung in der Verbrennungsmotortechnik, der Dampfdruck-, Wasserdruck-, Luftdruckmotortechnik, sowie in der Pumpen-, Kompressortechnik.
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02. Vorüberlegungen
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- a. in einem geraden Zylinder muss ein Kolben zweimal hin und zurück bewegt werden, um an seinen Ursprungsort zurückzukehren, damit ein Zündvorgang wiederholt werden kann.
Der Kolben bewegt sich entlang einer Linie, also eindimensional.
In einem langen, zum Kreisring gebogenen Zylinder (Torus) bewegt sich der Kolben in nur einer Richtung (nur hin), kommt trotzdem an seinen Ursprungsort wieder an.
Dieser Kolben bewegt sich entlang einer gekrümmten Linie, aber in einer Fläche, also in zwei Dimensionen.
- b. Überträgt man eine drehende Bewegung (Zahnrad) in eine geradlinige Vorwärtsbewegung (Zahnstange), ist bei einer konstanten Drehgeschwindigkeit des Zahnrades, die Geschwindigkeit der Zahnstange auch konstant. Hierbei ist das Zahnrad zentrisch gelagert (1).
Bei einer exzentrischen Lagerung des Zahnrades gibt es folgende Veränderungen:
Damit alle Zähne des Zahnrades greifen, muss die Zahnstange angepasst werden. Sie bekommt die Wellenform einer verkürzten Zykloide (2).
Bei der ersten halben Umdrehung des Zahnrades ist die Abrolllänge kleiner (weniger Zähne) als bei der zweiten halben Umdrehung.
Bei einer konstanten Drehgeschwindigkeit des exzentrisch gelagerten Zahnrades, bewegt sich die „Wellenzahnstange” beschleunigend und verzögernd (2).
- c. Krümmt man nun die gerade „Wellenzahnstange” zu einem Kreisring (Zahnung nach innen), und lässt man innen exzentrisch gelagerte Zahnräder in diesen „Wellenzahnring” greifen, erhält man ein Planetengetriebe mit der Eigenschaft, dass bei sich konstant drehenden exzentrischen Planetenrädern das außen liegende Hohlrad abwechselnd beschleunigend und verzögernd dreht (3). Die innere Form des Kreisringes hat die Form einer verkürzten Hypozykloide. Dieses exzentrisch gelagerte Planetengetriebe wird nachfolgend Planetengetriebe Bauart Witt genannt.
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d. Setzt man zwei dieser Planetengetriebe Bauart Witt übereinander, wobei je zwei der acht inneren, exzentrisch gelagerten Zahnräder auf jeweils einer Achse (Insges. vier Achsen) um 180° versetzt angebracht sind, beschleunigt der eine Kreisring in dem Augenblick, in dem der andere Kreisring verzögert.
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03. Geschichte der Ringkolbenmotoren
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Die beiden bisher bekannten Ringkolbenmotoren, die auch gebaut wurden (Bauart Beck, 1909 und Bauart Essemble 1912) haben eine oszillierende (hin und her gehende) Bewegung und eine axiale Kraftübertragung (Achse in Achse) auf ein dahinter liegendes Getriebe. Die Steuerung geschieht hier über Pleuel und Stangen. Bei dem Essemble-Motor dreht sich der kreisförmige Zylinder um die eigene Achse.
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Der so genannte Strebinger-Motor (www.strebinger.de) hat zwar nur eine Bewegungsrichtung der Kolben; das eine Kolbenpaar kommt jedoch zum Stillstand, bevor das andere Kolbenpaar sich in Bewegung setzt. Kraftübertragung hier: axial. Ob er je gebaut wurde, ist unbekannt.
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In der Patentanmeldung
DE 102005020221 A1 (Rotationskolbenmaschine) ist die beschleunigte und verzögerte Bewegung in einer Rotationsbewegung beschrieben. Diese „Bewegung in Bewegung” ist seit Jahren bekannt. Auch hier ist jedoch von einer „scharnierartigen Achse” und den vielfältigsten Antrieben zur Erzeugung dieser Bewegung in Bewegung die Rede (elliptische Zahnräder, abwechselnd greifende Zahnräder, Schwenkhebel, Pleuel, Pleuelstangen, Kurbelzahnräder usw.). Dargestellt wurde bei dieser Anmeldung ein Kreiskolbenmotor und kein Ringkolbenmotor. Zu den „kraftschlüssig verbindenden Getriebemechanismen gab es seitens Patentamt Entgegenhaltungen
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Der Ringkolbenmotor nach Patent
EP 0021765 A1 und Patentanmeldung 102008038708.8-15 besitzt zwar zwei Kolbenträgerringe, aber auch zwei Ringzylinder (Tori), Diese sind so angeordnet, dass der Motor keinen Verdichtungstakt besitzt.
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Der nachfolgend beschriebene Ringkolbenmotor Bauart Witt hat ein gänzlich anderes Steuerungs-, und Antriebssystem.
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04. Arbeitsweise (schematisch) – hier ein Beispiel mit acht Kolben
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Der Ringkolbenmotor, Bauart Witt besteht in der Hauptsache aus zwei Kolbenträgerringen, auf denen auf den äußeren Rändern pro Kolbenträgerring in diesem Beispiel 4 Kolben angebracht sind (auch möglich 6, 8, 10... Kolben). Die Kolben bewegen sich in einem zum Kreisring gebogenen Zylinder (Torus). Die Kolbenform entspricht der Zylinderform. Jeder Kolbenträgerring ist nach innen hin mit einer Verzahnung versehen (Hohlrad). In diese Verzahnung, die die Form einer verkürzten Hypozykloide hat, greifen pro Kolbenträgerring je vier exzentrisch gelagerte Zahnräder (Planetenräder). Der Umfang eines Planetenrades beträgt in diesem Beispiel ein Viertel des Umfanges der Verzahnung des Hohlrades (4, Ebene 1).
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Die exzentrisch auf vier Nebenwellen gelagerten Zahnräder (Planetenräder) ergeben in Verbindung mit dem Kolbenträgerring (Hohlrad) das Planetengetriebe, Bauart Witt.
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Die beiden Kolbenträgerringe sind über die 2 × 4 = 8 exzentrisch gelagerte Zahnräder, die auf vier Nebenwellen angebracht sind desmodromisch (zwangsgesteuert) miteinander verbunden.
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Da die mit den beiden Kolbenträgerringen fest verbundenen Kolben (durch eine Phasenversetzte Anordnung der Kolbenträgerringe zueinander) beschleunigend und verzögernd arbeiten, gibt es in der absoluten Bewegung des Systems in einer Richtung, eine relative „pulsierende” Bewegung zwischen den Kolben (5).
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Die Kolben entfernen sich voneinander und nähern sich einander, während sie, und die Arbeitsräume zwischen den Kolben, im Torusraum wandern. Die vier Otto-Takte (Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen) werden auf vier Sektoren im Torus (in diesem Beispiel 2 × 4) verteilt. Das Ansaugen und Ausstoßen erfolgt über Schlitze in der Zylinderwand, die von den Kolben beim „Wandern” automatisch ohne zusätzlichen Kraftaufwand geöffnet und geschlossen werden.
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Da die zwei Kolbentragerringe untereinander desmodromisch verbunden sind, kann die relative Bewegung der Kolben zueinander nur erfolgen, wenn die absolute Bewegung beider Kolbenringe in nur einer Richtung stattfindet (Motor muss angeworfen, angedreht werden).
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05. Kraftübertragung
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Die aus dem Verbrennungsdruck entstandene Bewegungsenergie der Kolben wird über die zwei Kolbentragemnge und über die acht exzentrischen Zahnräder auf die vier Nebenwellen übertragen (zwei Ebenen). Auf diesen vier Nebenwellen befindet sich in einer dritten Ebene nochmals je ein Zahnrad pro Nebenwelle. Diese vier, dieses mal zentrisch gelagerte Zahnräder (Planetenräder), greifen in das fünfte in der Mitte des Systems gelagerte Zahnrad (Sonnenrad) und übertragen die Kraft auf die Hauptachse, die gleichzeitig die Antriebsachse ist (4, Ebene 3).
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Da bei einer Umdrehung des Systems 16 ! Explosionen stattfinden, ist der Motor sowohl langsam drehend als auch wegen seiner Funktionsweise sehr hochdrehend.
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Durch das verändern des Übersetzungsverhältnisses im Planetengetriebe in der dritten Ebene kann der Drehmomentverlauf verändert werden.
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Auf ein Getriebe kann wegen der Drehfreudigkeit des Motors eventuell gänzlich verzichtet werden (ähnlich dem Elektromotor).
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06. Kolbenschmierung
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Die leicht gekrümmten Kolben (Form und Größe dem Torus angepasst) besitzen an beiden Enden Kolbenringe. Dadurch, dass die Kolben mir den Kolbenträgerringen fest verbunden sind, und der Kolbenträgerring gelagert ist, haben die Kolben „theoretisch” keine Berührung mit der Zylinderwand des Torus. Nur die Kolbenringe gleiten entlang der Zylinderwand.
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Die Schmierung der Kolben kann entweder per Einspritzung im Augenblick des „Durchfliegens”, oder in Form eines Zusatzes zum Energieträger erfolgen.
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07. Kühlung
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An den Explosionsorten entsteht die meiste Wärme, die mittels Wasser bzw. Öl abgeführt wird (evtl. Luftkühlung ausreichend).
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08. Motorbestandteile
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Der Ringkolbenmotor Bauart Witt besteht unter Nichtbeachtung der Nebenaggregate aus acht Hauptbestandteilen:
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- 1. Zwei Kolbenträgerringe Hohlräder
- 2. Acht Kolben mit Kolbenringen
- 3. Acht exzentrische Zahnräder/Planetenräder
- 4. Vier zentrische Zahnräder/Planetenräder
- 5. Ein Hauptzahnrad/Sonnenrad
- 6. Vier Nebenwellen
- 7. Eine Hauptwelle
- 8. Zwei Gehäuseteile
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09. Effizienz
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Eine Berechnung der Energieausbeute wurde bisher nicht durchgeführt. Da beim Ringkolbenmotor Bauart Witt alle bewegten Massen nur eine Drehbewegung haben, außerdem die Kurbelwelle und der komplette Ventiltrieb entfallen, ist davon auszugehen, dass die Effizienz gegenüber einem normalen Motor höher ist.
| Ottomotor: | Ringkolbenmotor: |
| Für ein Arbeitsspiel (Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen) werden zwei Kurbelwellenumdrehungen benötigt. | Da ein Arbeitsspiel auf vier Sektoren im Torus verteilt ist, werden Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, und Ausstoßen permanent nach jedem „Durchgang des Kolbens durch einen Sektor wiederholt. |
| Einzylindermotor mit einer Zündkerze: 0,5 Zündungen pro Umdrehung. | Vierzylindermotor mit einer Zündkerze: 4 Zündungen pro Umdrehung. |
| Vierzylindermotor mit vier Zündkerzen: 2 Zündungen pro Umdrehung. | Achtzylindermotor mit zwei Zündkerzen: 16 Zündungen pro Umdrehung. |
| Achtzylindermotor mit acht Zündkerzen: 4 Zündungen pro Umdrehung. | Zwölfzylindermotor mit drei Zündkerzen: 36 Zündungen pro Umdrehung |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005020221 A1 [0009]
- EP 0021765 A1 [0010]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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