DE102009040270A1 - Ring piston machine, particularly motor, pump or compressor for generating kinetic energy or electrical energy, has two overlapping piston rings by which control of piston takes place - Google Patents
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Abstract
Description
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.
- - an internal combustion engine
- - an air pressure, steam pressure, water pressure motor
- - a compressor
- - a pump
- a. Used as a vehicle drive, stationary drive, electricity and kinetic energy supplier for the private household and the industry.
- Possible energy sources for the engine are liquid u. gaseous fuels as well as air pressure, water pressure and steam energy.
- b. Use as a pump for liquid and gaseous substances,
- c. Used as a compressor for gaseous substances.
Gliederungstructure
- 01. Einleitung01. Introduction
- 02. Vorüberlegungen02. Preliminary considerations
- 03. Geschichte Ringkolbenmotoren03. History ring piston engines
- 04. Arbeitsweise (schematisch)04. Operation (schematic)
- 05. Kraftübertragung (Detail)05. Power transmission (detail)
- 06. Kolbenschmierung06. Piston lubrication
- 07. Kühlung07. cooling
- 08. Motorbestandteile08. Engine components
- 09. Effizienz09. Efficiency
- 10. Zeichnungen10. Drawings
01. Einleitung01. Introduction
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.The engine technology for internal combustion engines with pistons as well as the steam engine technology has in principle remained the same since the first gasoline engine / steam engine. Pistons are first accelerated in one direction, decelerated, come to a halt, accelerated in the other direction, retarded, come to a stop, and so on. These changes are a huge waste of energy.
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%).Since the combustion energy contained in an energy source is converted into propulsion energy in piston engines via a variety of mechanical parts (piston, connecting rod, crankshaft, clutch, gimbal, timing chain, camshafts, valves, valve springs and much more), only a small part exploited this energy (35-45%).
Bisher hat es an der alten Kolbenmotortechnik nur eine Weiterentwicklung gegeben (die Dampfmaschinentechnik findet de facto keine Anwendung mehr).So far, there has only been a further development of the old piston engine technology (the steam engine technology is de facto no longer applicable).
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.The Witt type rotary piston engine with desmodromic control (forced control) is a new development in internal combustion engine technology, steam pressure, water pressure and air pressure motor technology as well as in pump and compressor technology.
02. Vorüberlegungen02. Preliminary considerations
- 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.a. in a straight cylinder, a piston has to be moved back and forth twice to return to its original location so that an ignition can be repeated. The piston moves along a line, ie one-dimensionally. In a long cylinder (torus) bent into a circular ring, the piston moves in one direction only (only out), but still arrives at its place of origin. This piston moves along a curved line, but in one area, ie in two dimensions.
-
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 ).b. If one transfers a rotating movement (toothed wheel) into a straightforward forward movement (toothed rack), the speed of the toothed rack is also constant at a constant rotational speed of the toothed wheel. Here, the gear is stored centrally (1 ). With an eccentric bearing of the gear, there are the following changes: To ensure that all teeth of the gear mesh, the rack must be adjusted. She gets the waveform of a shortened cycloid (2 ). During the first half turn of the gear, the rolling length is smaller (fewer teeth) than in the second half turn. At a constant rotational speed of the eccentrically mounted gear, the "shaft rack" accelerates and decelerates (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.c. If you bend now the straight "shaft toothed rod" to a circular ring (toothing inwards), and if you let inside eccentrically mounted gears in this "wave tooth ring" grab, you get a planetary gear with the property that with constantly rotating eccentric planetary gears, the outer ring gear alternately accelerating and decelerating (3 ). The inner shape of the annulus has the shape of a shortened hypocycloid. This eccentrically mounted planetary gear is referred to below planetary gear type Witt.
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.d. Placing two of these planetary gear Witt superimposed, with each two of the eight inner, eccentrically mounted gears on each axis (four axes) mounted offset by 180 °, which accelerates a circular ring in the moment in which the other annulus delayed ,
03. Geschichte der Ringkolbenmotoren03. History of the piston engine
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.The two previously known piston engines, which were also built (type Beck, 1909 and type Essemble 1912) have an oscillating (reciprocating) movement and an axial power transmission (axis in axis) to a lying behind gear. The control is done here via connecting rods and rods. In the Essemble engine, the circular cylinder rotates about its own axis.
Der so genannte Strebinger-Motor (
In der Patentanmeldung
Der Ringkolbenmotor nach Patent
Der nachfolgend beschriebene Ringkolbenmotor Bauart Witt hat ein gänzlich anderes Steuerungs-, und Antriebssystem.The Witt type rotary piston engine described below has a completely different control and drive system.
04. Arbeitsweise (schematisch) – hier ein Beispiel mit acht Kolben04. mode of operation (schematically) - here an example with eight pistons
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 (
Die exzentrisch auf vier Nebenwellen gelagerten Zahnräder (Planetenräder) ergeben in Verbindung mit dem Kolbenträgerring (Hohlrad) das Planetengetriebe, Bauart Witt.The eccentrically mounted on four auxiliary shafts gears (planetary gears) in conjunction with the piston carrier ring (ring gear), the planetary gear, type Witt.
Die beiden Kolbenträgerringe sind über die 2 × 4 = 8 exzentrisch gelagerte Zahnräder, die auf vier Nebenwellen angebracht sind desmodromisch (zwangsgesteuert) miteinander verbunden.The two piston carrier rings are connected via the 2 × 4 = 8 eccentrically mounted gears, which are mounted on four auxiliary shafts desmodromisch (positively controlled) with each other.
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 (
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.The pistons move away from each other and approach each other as they move, and the work spaces between the pistons, in the torus space. The four Otto cycles (aspiration, compression, operation, ejection) are distributed over four sectors in the torus (2 × 4 in this example). The suction and discharge takes place via slots in the cylinder wall, which are automatically opened and closed by the piston during "hiking" without additional effort.
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).Since the two Kolbentragerringe are connected to each other desmodromic, the relative movement of the pistons can only be done to each other, if the absolute movement of both piston rings takes place in one direction only (engine must be started to be turned on).
05. Kraftübertragung05. Power transmission
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 (
Da bei einer Umdrehung des Systems 16 ! Explosionen stattfinden, ist der Motor sowohl langsam drehend als auch wegen seiner Funktionsweise sehr hochdrehend.Since with one revolution of the system 16! Explosions take place, the engine is both slowly rotating and because of its operation very high speed.
Durch das verändern des Übersetzungsverhältnisses im Planetengetriebe in der dritten Ebene kann der Drehmomentverlauf verändert werden.By changing the gear ratio in the planetary gear in the third level of the torque curve can be changed.
Auf ein Getriebe kann wegen der Drehfreudigkeit des Motors eventuell gänzlich verzichtet werden (ähnlich dem Elektromotor).On a transmission may possibly be completely dispensed with because of the revving of the engine (similar to the electric motor).
06. Kolbenschmierung06. Piston lubrication
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.The slightly curved pistons (shape and size adapted to the torus) have piston rings at both ends. Because the pistons are firmly connected to the piston carrier rings, and the piston carrier ring is mounted, the pistons "theoretically" have no contact with the cylinder wall of the torus. Only the piston rings slide along the cylinder wall.
Die Schmierung der Kolben kann entweder per Einspritzung im Augenblick des „Durchfliegens”, oder in Form eines Zusatzes zum Energieträger erfolgen.The lubrication of the pistons can be done either by injection at the moment of "flying through", or in the form of an addition to the energy source.
07. Kühlung07. cooling
An den Explosionsorten entsteht die meiste Wärme, die mittels Wasser bzw. Öl abgeführt wird (evtl. Luftkühlung ausreichend).Most of the heat generated at the explosion sites is dissipated by means of water or oil (possibly air cooling sufficient).
08. Motorbestandteile08. Engine components
Der Ringkolbenmotor Bauart Witt besteht unter Nichtbeachtung der Nebenaggregate aus acht Hauptbestandteilen:The Witt type rotary piston engine consists of eight main components, ignoring the ancillary components:
- 1. Zwei Kolbenträgerringe Hohlräder1. Two piston carrier rings
- 2. Acht Kolben mit Kolbenringen2. Eight pistons with piston rings
- 3. Acht exzentrische Zahnräder/Planetenräder3. Eight eccentric gears / planet gears
- 4. Vier zentrische Zahnräder/Planetenräder4. Four centric gears / planet gears
- 5. Ein Hauptzahnrad/Sonnenrad5. One main gear / sun gear
- 6. Vier Nebenwellen6. Four side waves
- 7. Eine Hauptwelle7. A main shaft
- 8. Zwei Gehäuseteile8. Two housing parts
09. Effizienz 09. Efficiency
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102005020221 A1 [0009] DE 102005020221 A1 [0009]
- EP 0021765 A1 [0010] EP 0021765 A1 [0010]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- www.strebinger.de [0008] www.strebinger.de [0008]
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2009
- 2009-09-04 DE DE200910040270 patent/DE102009040270A1/en not_active Withdrawn
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