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Die Erfindung betrifft einen Motor, aufweisend: wenigstens ein Hubelement in Form eines Kolbens; und ein Getriebe zum Koppeln einer Hin- und Herbewegung des Kolbens mit einer Drehbewegung einer Doppelnocken-Kurvenscheibe des Getriebes, wobei das Getriebe weiter aufweist: vier Rollen, eingerichtet zum Abrollen auf der Doppelnocken-Kurvenscheibe, wobei mit dem jeweiligen Kolben eine jeweilige der Rollen um eine betreffende Drehachse drehbar gekoppelt ist.
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Ein Motor mit den genannten Merkmalen ist in Form des Fairchild-Caminez-Motors bekannt, beispielsweise aus ”Ungewöhnliche Motoren”, Stefan Zima, Reinhold Ficht, 3. Auflage 2010, Vogel Buchverlag, ISBN 978-3-8343-3140-3, Seiten 220–222. Der dort beschriebene Fairchild-Caminez-Motor ist ein luftgekühlter Viertakt-Vierzylinder-Motor mit Ventilsteuerung. Die Kolben des Fairchild-Caminez-Motors greifen mit wälzgelagerten Rollen auf eine leminiskatenförmige Kurvenscheibe an und sind durch Zugstangen miteinander verbunden, um auch beim Aufwärtshub der Kolben den Kraftschluss der Rollen mit der Kurvenscheibe sicher zu stellen. Da zwei gegenüberliegende Kolben gegensinnig arbeiten, ergibt sich ein vollkommener Massenausgleich. Nachteilig ist jedoch, dass hohe Kolbenseitenkräfte auftreten können.
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DE 4108311 A1 beschreibt ein Hypozykloiden-Hubgetriebe, insbesondere für Hubkolbenmaschinen, vor allem in Boxerbauart. In einer mit einem Kolben verbundenen Schubstange ist ein mit dem Hubzapfen einer Kurbelwelle drehbeweglich verbundener Exzenter drehgelagert, der mit einem ebenfalls auf dem Hubzapfen exzentrisch und drehbeweglich angeordneten Führungszapfen einer zur oszillierenden Schubstange orthogonalführenden Geradführung in drehfester Verbindung steht. Es ist eine Wattsche Geradführung mit einer mit dem Führungszapfen drehbeweglich verbundenen Koppel der Wattschen Führungslenker vorgesehen.
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DE 271755 A betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit hypozykloidischer Geradführung der Kolbenstangen.
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DE 1143057 A betrifft eine Kolbenmaschine mit hin- und hergehendem und sich drehendem Kolben. In einem Beispiel sind die Kolben drehbar auf in Hubrichtung geführten Kolbenlagern angeordnet, und diese Kolbenlager umfassen kreuzkopfartig auf der Kurbelwellenkröpfung sitzende Exzenterscheiben, wobei der Kolben jeweils durch ein auf der Exzenterscheibe umlaufendes außen- und innenverzahntes Zahnrad getrieben wird, in dessen Innenzahnkranz ein Ritzel der Kurbelwelle kämmt, dessen Zähnezahl von der halben Zähnezahl des Innenzahnkranzes abweicht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuartigen Motor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem das Getriebe sich besonders gut dazu eignet, das Auftreten oder Übertragen von Seitenkräften bei der Hin- und Herbewegung des Kolbens zu vermeiden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Motor der eingangs genannten Art, weiter aufweisend ein Geradführungsgetriebe mit einem Gehäuse und vier Rollkörpern, die ringförmig zu einer gelenkigen Kette verbunden sind und jeweils eine außenseitige, glatte Rollkontur mit einem Rollradius R aufweisen und jeweils dazu eingerichtet sind, auf einer innenseitigen Bahn des Gehäuses mit dem Radius 2R abzurollen, wobei wenigstens zwei der Rollkörper einen Zahnkreisbogen aufweisen, der in Eingriff mit einem Zahnkreisbogen des Gehäuses steht, wobei die Rollkörper an Drehachsen gelenkig miteinander verbunden sind, die beim Abrollen der Rollkörper auf der innenseitigen Bahn des Gehäuses eine geradlinige Bewegung ausführen, und wobei diese Drehachsen mit Drehachsen übereinstimmen, an welchen die Rollen drehbar mit den Rollkörpern gekoppelt sind, und wobei mit dem jeweiligen Kolben eine jeweilige der Rollen um die betreffende Drehachse drehbar gekoppelt ist.
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Die Drehachse, um die die betreffende Rolle drehbar mit dem jeweiligen Kolben gekoppelt ist, stimmt somit mit einer der Drehachsen überein, an der zwei Rollkörper gelenkig miteinander verbunden sind. Es ergibt sich eine gradlinige Zwangsführung der jeweiligen Rolle. Die Übertragung von Seitenkräften wird somit sowohl bei der Koppelung zwischen dem Kolben und der jeweiligen Rolle als auch bei der Koppelung zwischen dem Kolben oder der Rolle und den Rollkörpern vermieden. Dies ist vorteilhaft gegenüber einem Kolbenmotor mit Pleuelstangen, da die bei schräggestellter Pleuelstange verursachte Reibung an der Kolbenwand hier aufgrund der Geradführung entfällt. Die mechanischen Reibungsverluste können somit beträchtlich verringert werden. Dies ist auch vorteilhaft gegenüber dem Fairchild-Caminez-Motor, bei welchem je Kolben zwei Gelenkachsen für jeweilige Zugstangen zur Verbindung mit den nächsten Kolben vorgesehen sind und keine Geradführung erfolgt. Dort können somit Reaktionskräfte als Seitenkräfte und als Kippmomente auf den Kolben übertragen werden.
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Wenn hier oder im folgenden von einer Drehachse oder Gelenkachse die Rede ist, wird darunter stets eine Gerade verstanden, um die die Gelenkbewegung oder Drehung der jeweiligen Bauteile erfolgt. Dabei ist die Lage dieser Geraden in Bezug auf das Bauteil festgelegt. Im Falle einer Drehung einer Welle entspricht die Drehachse der Rotationsachse der Welle.
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Das Getriebe zum Koppeln einer Hin- und Herbewegung des Kolbens mit einer Drehbewegung der Doppelnocken-Kurvenscheibe kann auch als Kurvenscheibengetriebe bezeichnet werden.
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Wenn die Doppelnocken-Kurvenscheibe als Abtriebselement angetrieben wird, werden durch die Koppelung der Doppelnocken-Kurvenscheibe über die Rollen mit den Rollkörpern die Kräfte über die glatten Rollkonturen der Rollkörper auf dem Gehäuse abgestützt, und das Drehmoment wird auf die Zahnkreisbögen verteilt und auf dem Gehäuse abgestützt. Alle im Getriebe verursachten Kräfte und Drehmomente sind dann im Inneren des Getriebes abgestützt, und etwaige an der Koppelung zum Kolben auftretende Querkräfte, die durch den Angriff der Rolle an der Doppelnocken-Kurvenscheibe auftreten, werden ebenfalls am Gehäuse abgestützt. Der Motor kann somit als Motor mit linearer Kolbenbewegung mit integrierter Drehmoment- und Seitenkraftstütze bezeichnet werden.
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Je nach Wahl der Kurvenform der Doppelnocken-Kurvenscheibe kann erreicht werden, dass bei kontinuierlich drehender Doppelnocken-Kurvenscheibe als Abtriebselement des Getriebes der Kolben am äußeren und inneren Umkehrpunkt der Hin- und Herbewegung einen zeitweiligen Stillstand ausführt oder aber eine ununterbrochene Hin- und Herbewegung ausführt.
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Der Motor wandelt eine durch Volumenänderung des Arbeitsraums, beispielsweise Verbrennungsraums, bewirkte geradlinige Kolben-Hubbewegung über den Angriff des geradlinig zwangsgeführtem Angriffselements, d. h. der Rolle, an der Kurvenscheibe direkt in eine Drehbewegung der Kurvenscheibe um.
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Der Motor kann beispielsweise ein, zwei, drei oder vier Kolben aufweisen, die jeweils über eine zugeordnete Rolle an der Doppelnocken-Kurvenscheibe geführt sind.
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In einer Ausführungsform weist der Motor wenigstens zwei Hubelemente in Form von Kolben auf, die einander gegenüberliegend bezüglich der Drehachse der Doppelnocken-Kurvenscheibe angeordnet sind, und wobei mit dem jeweiligen Kolben eine jeweilige der Rollen um die betreffende Drehachse drehbar gekoppelt ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind nachfolgend und in den Unteransprüchen angegeben.
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Vorzugsweise sind in einer ersten Getriebeebene des Getriebes die Doppelnocken-Kurvenscheibe und die vier Rollen angeordnet, und in wenigstens einer zweiten, zur ersten Ebene parallelen und seitlich versetzten Getriebeebene sind die vier Rollkörper in dem Gehäuse angeordnet.
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Vorzugsweise verläuft eine Welle, auf der die Doppelnocken-Kurvenscheibe angeordnet ist, durch einen freien Raum in der Mitte der Kette der jeweiligen miteinander verbundenen Rollkörper hindurch.
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Vorzugsweise ist die Doppelnocken-Kurvenscheibe mit zwei konvexen und zwei konkaven Kurventeilen ausgebildet, wobei konvexe und konkave Kurventeile abwechselnd aufeinander folgen.
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Vorzugsweise ist bei denjenigen Rollkörpern, die den Zahnkreisbogen aufweisen, der Zahnkreisbogen neben der glatten Rollkontur am gleichen Radius R, bezogen auf eine Symmetrieachse der glatten Rollkontur, angeordnet.
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Vorzugsweise ist wenigstens ein Hubelement mit einem Federelement gekoppelt, wobei in einem Bewegungsabschnitt der Hin- und Herbewegung des Hubelements die Federkraft des Federelements in Bewegungsrichtung des Hubelements wirksam ist. In diesem Bewegungsabschnitt wird somit die Bewegung des Hubelements von einer Federkraft des Federelements unterstützt. Dementsprechend ist in einem anderen Bewegungsabschnitt der Hin- und Herbewegung des Hubelements die Federkraft des Federelements gegen die Bewegungsrichtung des Hubelements wirksam, d. h. die Bewegung des Hubelements erfolgt in dem anderen Bewegungsabschnitt gegen eine rücktreibende Federkraft des Federelements. Das Federelement speichert Bewegungsenergie. Durch die aufgrund des Federelements erzwungene Schwingung kann eine verbesserte Laufruhe erreicht werden. Es können das Federelement und/oder eine Ausgleichsmasse vorgesehen sein. Die Doppelnocken-Kurvenscheibe und das Federelement sind Teil eines mechanischen Schwingungssystems, wobei das Federelement einen Energiespeicher bildet.
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Eine Kolbenkammer, in der der jeweilige Kolben aufgenommen ist, kann rückseitig allein durch den Kolben begrenzt sein. Die Kolbenkammer kann aber auch einen rückseitigen Boden aufweisen.
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In einer Ausführungsform ist der jeweilige Kolben in einer jeweiligen Kolbenkammer aufgenommen, und eine Kolbenstange, über die der Kolben mit der jeweiligen Rolle verbunden ist, verläuft durch eine Öffnung im Boden der Kolbenkammer. Der Kolben ist über die Kolbenstange vorzugsweise starr mit der Drehachse der betreffenden Rolle verbunden, d. h. die Kolbenstange legt die Relativposition von Kolben und Rolle fest. Der Kolben bildet zusammen mit einem Kopfabschnitt der Kolbenkammer einen geschlossenen Hohlraum, der auch als Arbeitsraum oder Druckraum, z. B. Verbrennungsraum, bezeichnet werden kann. Die Bezeichnung ”Kopf” oder ”Boden” ist hierbei aus Sicht des oszillierenden Kolbens zu verstehen und entspricht Vorderseite bzw. Rückseite des Kolbens. Die Rückseite des Kolbens ist dem Getriebe zugewandt.
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Vorzugsweise ist die Kolbenkammer durch einen Boden, eine Seitenwand und ein dem Boden gegenüberliegendes Kopfteil eines Kolbengehäuses gebildet.
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Vorzugsweise bildet der Kolben zusammen mit einem Bodenabschnitt der Kolbenkammer einen weiteren geschlossenen Hohlraum. Der Kolben kann beispielsweise ein doppelt wirkender Kolben sein. Dabei sind zwei durch den Kolben getrennte Arbeits- oder Verbrennungskammern vorhanden.
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Vorzugsweise ist die Kolbenstange ist über eine Dichtung gegen den Boden der Kolbenkammer abgedichtet.
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Vorzugsweise weist der Motor wenigstens eine Kolbenführung auf, welche die jeweilige Kolbenstange an einer Position führt, die von der Drehachse, an welcher die Kolbenstange mit der betreffenden Rolle gekoppelt ist, beabstandet ist. Ein an der Drehachse vorhandener Freiheitsgrad wird dadurch aufgehoben, und die Kolbenstange und somit der Kolben sind an zwei Positionen in geradliniger Richtung geführt, d. h. an der Koppelung mit den Rollkörpern und an der Kolbenführung. Die Kolbenführung ist auf einer dem Getriebe zugewandten Seite des Kolbens angeordnet. Die Kolbenführung kann eine Gleitführung oder Gleithülse sein. In einem Beispiel dichtet die Kolbenführung die Kolbenstange gegen den Boden der Kolbenkammer ab.
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Vorzugsweise ist der jeweilige Kolben in einer jeweiligen Kolbenkammer aufgenommen und ist an seinem Umfang mit Abstand von einer ihn umgebenden Seitenwand der Kolbenkammer angeordnet. Besonders ist der wenigstens eine Kolben dazu eingerichtet, geführt über eine geradlinig geführte Kolbenstange, berührungsfrei zu und beabstandet von der Seitenwand der Kolbenkammer des jeweiligen Kolbens entlang der Seitenwand bewegt zu werden.
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Vorzugsweise weist der Motor wenigstens einer Zufuhreinrichtung auf zum Zuführen eines Brennstoffs und eines Verdampfungsmediums aus getrennten Vorratsbehältern in eine Brennkammer, die innerhalb der Kolbenkammer durch die Seitenwand der Kolbenkammer, die Vorderseite des Kolbens und eine gegenüberliegende Kopfwand der Kolbenkammer begrenzt ist. Die Zufuhreinrichtung kann getrennte Zuführöffnungen für den Brennstoff und das Verdampfungsmedium umfassen, und sie kann eine Taktsteuerung umfassen, um die Zufuhr mit dem Arbeitszyklus des Kolbens zu synchronisieren. Es können Brennstoff, Verdampfungsmedium oder gleichzeitig Brennstoff und Verdampfungsmedium zugeführt werden. Der Motor ist vorzugsweise für eine Arbeitstemperatur der Brennkammer ausgelegt, bei der das Verdampfungsmedium explosionsartig verdampft.
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In einem Motor können beispielsweise zwei der beschriebenen Motoreinheiten miteinander gekoppelt sein, wobei beispielsweise die jeweiligen Doppelnocken-Kurvenscheiben miteinander gekoppelt sein können, etwa über eine gemeinsame Welle. Der Motor kann beispielsweise aufweisen: wenigstens einen ersten Kolben, wenigstens einen zweiten Kolben, und wenigstens ein erstes und ein zweites Getriebe zum Koppeln einer Hin- und Herbewegung eines jeweiligen Kolbens mit einer Drehbewegung einer jeweiligen Doppelnocken-Kurvenscheibe des jeweiligen Getriebes, wobei das Getriebe jeweils die Merkmale des Getriebes des Motors der oben beschriebenen Art aufweist, und wobei die Doppelnocken-Kurvenscheiben der Getriebe über eine gemeinsame Welle miteinander gekoppelt sind.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. In den nachfolgend anhand der Figuren beschriebenen Beispielen sind insbesondere diejenigen Merkmale erläutert, durch die sich die Beispiele von herkömmlichen Verbrennungsmotoren unterscheiden. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines geöffneten Motors mit einem Getriebe mit Doppelnocken-Kurvenscheibe und vier darauf abrollenden Rollen;
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2 eine schematische Ansicht eines Geradführungsgetriebes des Motors aus 1;
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3 eine schematische Schnittdarstellung durch den Motor;
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4 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs mit dem Motor als Hilfsmotor;
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5 ein Beispiel eines Rollkörpers des Getriebes des Motors nach 1–3;
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6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Rollen des Getriebes des Motors;
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7 ein Beispiel eines Motors mit mehreren Motoreinheiten;
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8 ein Beispiel eines Motors mit einem Federelement als Energiespeicher; und
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9 eine schematische Darstellung einer Kolbenkammer eines Beispiels eines Verbrennungsmotors mit interner Kühlung.
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Der in 1 in Teilen gezeigte Motor hat ein Kurvenscheiben-Getriebe 10 und einen Motorblock 11. Das Getriebe 10 hat in einer ersten, mittleren Getriebeebene eine Doppelnocken-Kurvenscheibe 12, die auf einer Welle 12A mit Drehachse 13 angeordnet ist und eine Form hat, die annähernd leminiskatenförmig oder 8-förmig ist, d. h. annähernd die Form einer Acht (8) hat, mit zwei konvexen Kurventeilen und zwei konkaven Kurventeilen. Dabei folgen konvexe und konkave Kurventeile abwechselnd aufeinander. Es sind dadurch zwei Nocken gebildet, an denen der Radius der Kurvenscheibe 12 gegenüber den benachbarten Abschnitten vergrößert ist. Die Kurvenform der Außenkontur der Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 ist um 180° drehsymmetrisch um die Drehachse 13 und hat zwei Spiegelsymmetrieebenen, die jeweils die Drehachse 13 umfassen. Sie ist somit punktsymmetrisch.
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Auf der Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 rollen vier Rollen 14 ab. Sie haben jeweils den gleichen Radius. Sie sind an zueinander um 90° um die Drehachse 13 der Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 versetzten Positionen angeordnet und dazu eingerichtet, jeweils eine Hin- und Herbewegung in radialer Richtung, bezogen auf die Drehachse 13, auszuführen, wie nachfolgend erläutert wird. Die Rollen 14 sind an ihrer jeweiligen Drehachse 15 drehbar gekoppelt mit einem jeweiligen Hubelement in Form eines Kolbens 16. Unter einem Hubelement wird ein Element des Motors verstanden, das dazu eingerichtet ist, eine Hub-Bewegung auszuführen, hier speziell ein Kolben des Motors.
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2 zeigt ein Geradführungsgetriebe 17 des Getriebes 10 mit in einer zweiten, seitlichen Ebene des Getriebes 10 angeordneten Rollkörpern 18. Die Rollkörper 18 sind miteinander drehgelenkig zu einer geschlossenen Kette verbunden. Dabei entsprechen die Drehachsen, an denen jeweils zwei benachbarte Rollkörper 18 miteinander verbunden sind, einer Drehachse 15 einer jeweiligen Rolle 14. Die Drehachsen sind in 1 und 2 mit 15 bezeichnet. Jeweils zwei Drehachsen 15 sind in gerader Linie über einen Verbindungsabschnitt 18D des jeweiligen Rollkörpers 18 miteinander verbunden. Die Verbindungsabschnitte 18D bilden ein Parallelogramm.
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Die Rollkörper 18 sind in einem Gehäuse 22 angeordnet, das fest mit dem Motorblock 11 verbunden ist. Die Rollkörper 18 haben jeweils wenigstens eine außenseitige, glatte Rollkontur 18A mit einem Radius R, bezogen auf eine Symmetrieachse 24 der Rollkontur, und sie rollen im Gehäuse 22 auf einer innenseitigen Teilkreisbahn 22A des Gehäuses 22 ab. Diese Bahn 22A hat einen Radius 2R, bezogen auf die Mittelachse des Getriebes und des Motors, die der Drehachse 13 der Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 entspricht. Die Drehachsen 15, an denen die Rollkörper 18 miteinander drehgelenkig gekoppelt sind, liegen auf dem Radius R, bezogen auf die Symmetrieachse 24 des jeweiligen Rollkörpers 18. Dadurch beschreiben diese Gelenke oder Drehachsen 15 beim Abrollen der Rollkörper 18 eine exakt gerade Linie. Somit führen sie bei einer vor- und zurückgehenden Abrollbewegung der Rollkörper 18 auf der Bahn 22A eine geradlinige Hin- und Herbewegung in radialer Richtung, bezogen auf die Drehachse 13 der Doppelnocken-Kurvenscheibe 12, aus. Das Getriebe 17 mit den gekoppelten Rollkörpern 18 bewirkt somit eine Geradführung jeder der Rollen 14, d. h. eine Zwangsführung der Drehachsen 15 der Rollen 14, und somit des gekoppelten Kolbens 16, in gradlinigen Richtungen. Jeder Kolben 16 führt eine geradlinige Hin- und Herbewegung aus. Die Bewegungsrichtungen sind zueinander um jeweils 90° versetzt. In dem Motorblock 11, auch als Zylinderblock bezeichnet, sind die vorzugsweise kreiszylindrischen Kolben 16 in einer jeweiligen radialen Bohrung geführt.
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Die Rollkörper 18 weisen außerdem jeweils einen Zahnkreisbogen 18B auf, dessen Zähne am Radius R, bezogen auf die Symmetrieachse 24, in Zähne eines Zahnkreisbogens 22B des Gehäuses 22 eingreifen. Insbesondere sind die Zahnkreisbögen 18B gleichlaufend mit den glatten Rollkonturen 18A neben diesen seitlich versetzt angeordnet, und die Zahnkreisbögen 22B sind gleichlaufend mit den glatten Bahnen 22A am Radius 2R, bezogen auf den Getriebemittelpunkt bzw. die Drehachse 13 der Doppelnocken-Kreisscheibe 12 seitlich versetzt neben der jeweiligen Bahn 22A angeordnet. Die glatten Rollkonturen 18A und glatten Bahnen 22A sind dazu eingerichtet, Kräfte zu übertragen. Die miteinander verzahnten Zahnkreisbögen 18B und 22B sind dazu eingerichtet, Drehmomente zu übertragen, und erzwingen einen schlupffreien Lauf. Die glatten Rollkonturen 18A und Bahnen 22A verhindern außerdem eine Radialbelastung der Zahnflanken der Zahnkreisbögen 18B, 22B.
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Das Gehäuse 22 wird auch als Steuergehäuse bezeichnet, da es die Bewegung der Rollkörper 18 steuert. Der Zahnkreisbogen 22B ist jeweils eine Innenverzahnung in der Aussparung des Gehäuses 22, in welcher der Rollkörper 18 aufgenommen ist.
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Die durch die vier verbundenen Rollkörper 18 gebildete Kette wird auch als Steuerkette bezeichnet. Die Zahnkreisbögen 18B der Rollkörper 18 bilden jeweils eine Außenverzahnung. Die ineinandergreifenden Zahnkreisbögen 18B, 22B tragen so dazu bei, ein Klemmen des Geradführungsgetriebes und ein Rutschen der Rollkörper 18 auf den Bahnen 22A zu verhindern. Vorzugsweise liegen die Zahnkreisbögen 18B der vier Rollkörper in einer Ebene.
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Die Zahnkreisbögen 18B und Rollkonturen 18A sowie die korrespondierenden Zahnkreisbögen 22B und Teilkreisbahnen 22A werden je nach Umfang der Abrollbewegung, d. h. dem Wippwinkel, lediglich auf einem Teilsegment von weniger als 90° benötigt, beispielsweise auf einem Teilsegment von 45°, bezogen auf die Bahn 22A des Gehäuses, also 90° bezogen auf die Rollkontur 18A.
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Die Form der Doppelnocken-Kreisscheibe 12 ist konstruktiv durch die äußeren und inneren Extremlagen der Rollen 14 und der in 1 gezeigten Mittellage der Rollen 14 bestimmt. An den Extremlagen sind die Tangenten der Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 vorgegeben. In 1 sind die Positionen von Rollen 14 in äußeren und inneren Totpunkten mit einer entsprechenden Lage der Doppelnocken-Kurvenscheibe gestrichelt dargestellt. Der konkave Kurventeil der Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 bestimmt den Verlauf am äußeren Totpunkt der Kolben 16, und der konvexe Teil der Doppelnocken-Kurvenscheibe bestimmt den Verlauf am inneren Totpunkt der Bewegung des Kolbens 16. Die Form beider Kurventeile ist dabei durch die Koppelung der Rollen 14, d. h. den stets gleichbleibenden Abstand zwischen zwei benachbarten Rollen 14, gegenseitig bedingt. Durch die Kurvenform der Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 kann beeinflusst werden, welcher zeitliche Verlauf der Hin- und Herbewegung der jeweiligen Rolle 14 und somit des Kolbens 16 einer gleichmäßigen Drehung der Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 entspricht. Die Form der Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 wird dabei so gewählt, dass die Rollen 14 stets an der Kurvenscheibe anliegen.
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Die Rollen 14 übertragen die Kräfte zwischen dem jeweiligen Kolben 16 und der Doppelnocken-Kurvenscheibe 12. Bei einer Drehbewegung der Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 bewegt sich jeder Kolben 16 geradlinig auf einer durch die Drehachse der Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 gehenden Geraden hin und her. Die jeweils einander gegenüberliegenden Kolben 16 bewegen sich gegenläufig auf einer gemeinsamen Geraden. Die Bewegungen sind synchronisiert, so dass sich die Massenkräfte gegenseitig vollständig ausgleichen, ohne dass Zusatzmassen erforderlich sind.
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Im gezeigten Beispiel sind die Rollen 14 mit den Rollkörpern 18 und den Kolben 16 durch eine jeweilige Welle 28 verbunden. Die Drehachsen 15 sind die Mittelachsen der Wellen 28. Beispielsweise sind die Rollen 14, die Kolben 16 und die Rollkörper 18 jeweils durch Wälzlager mit der Welle 28 verbunden. Wahlweise sind beispielsweise die Elemente einer der genannten Gruppen von Elementen fest mit der Welle 28 verbunden, etwa die Kolben 16.
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In der schematischen Schnittdarstellung in 3 sind in der ersten Getriebeebene die Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 und die Rollen 14 mit Sicht auf Ihre Laufflächen gezeigt, während auf beiden Seiten davon jeweils in einer zweiten bzw. dritten Ebene des Getriebes ein 2 entsprechendes Geradführungsgetriebe 17 mit jeweils vier Rollkörpern 18 angeordnet ist. Die auf beiden Seiten des Getriebes angeordneten Rollkörper 18 sind durch die Wellen 28 miteinander und mit den Rollen 14 verbunden. Der jeweilige Kolben 16 ist ebenfalls über eine jeweilige der Wellen 28 mit der jeweiligen Rolle 16 bzw. den betreffenden Rollkörpern 18 verbunden. Die Nockenwelle 13 ist, beispielsweise über Wälzlager, am Gehäuse 22 gelagert. Die Verzahnungen oder Zahnkreisbögen 18B und 22B bewirken insbesondere einen Synchronlauf aller Rollkörper 18 der beiden Geradführungsgetriebe 17.
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In diesem Beispiel hat jeder Rollkörper 18 zwei seitlich versetzte, gleichlaufende glatte Rollkonturen 18A, zwischen denen der Zahnkreisbogen 18B angeordnet ist. Der jeweilige Rollkörper 18 kann beispielsweise aus drei fest miteinander verbundenen Platten aufgebaut sein, von denen eine mittlere den Zahnkreisbogen 18B bildet und zwei äußere jeweils eine glatte Rollkontur 18A bildet. Die Rollkörper 18 sind miteinander verbunden, indem die mittlere Platte eines Rollkörpers in einen Zwischenraum 29 zwischen dem äußeren Platten des jeweils nächsten Rollkörper hineinragt.
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In dem gezeigten Beispiel sind die Rollkörper 18 und die Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 jeweils mit Aussparungen versehen, um die Masse der bewegten Teile zu reduzieren.
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Das jeweilige Gehäuse 22 kann beispielsweise in Form einer mit einer Aussparung versehenen flachen Platte geformt und mit dem Motorblock 11 fest verbunden sein. Dies ermöglicht eine sehr formstabile, steife Konstruktion.
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Die Nockenwelle, d. h. die Welle 12A der Doppelnocken-Kurvenscheibe 12, ist gerade, im Gegensatz zu einer Kurbelwelle eines herkömmlichen Hubkolbenmotors. Sie verläuft in dem Abschnitt, in welchem sie über die Kurvenscheibe 12 und die jeweilige Rolle 14 an den Kolben 16 gekoppelt ist, geradlinig auf ihrer Drehachse. Außerdem kann aufgrund des beschriebenen Aufbaus des Motors die Welle 12A vergleichsweise kurz ausgeführt werden. Sie kann außerdem dick ausgeführt werden, so dass sie, wiederum im Gegensatz zum herkömmlichen Kurbeltrieb-Motor, unempfindlich gegen Durchbiegung und Verdrehung ist. Vorteilhaft ist weiter, dass die Welle 12A und die Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 mit zwei bezüglich der Drehachse punktsymmetrischen Nocken konstruiert ist. Dadurch liegt der Schwerpunkt der Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 auf der Drehachse und verursacht keine Unwucht.
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Während bei dem beschriebenen Motor mit paarweise einander gegenüberliegenden Kolben 16 ein vollkommener Massenausgleich möglich ist, beispielsweise bei zwei Kolben und bei vier Kolben, kann bei einer anderen Kolbenanzahl, beispielsweise einem Ein-Kolben-Motor, ein Massenausgleich durch eine Zusatzmasse oder Ausgleichsmasse an der dem Kolben 16 gegenüberliegenden Rolle 14 erfolgen, etwa in Form eines weiteren Hubelements 16.
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Im Gegensatz zum Fairchild-Caminez-Motor erfolgt eine Geradführung der Rollen durch die Rollkörper 18 und das Geradführungsgetriebe, so dass keine Querkräfte auf die Wand des Kolbens 16 bzw. die umgebende Bohrung im Motorblock 11 ausgeübt werden. Dies reduziert den Verschleiß und verbessert den mechanischen Wirkungsgrad. Insbesondere erfolgt kein Kippen des Kolbens, und der Kolben kann aufgrund des einfacheren Aufbaus eine verringerte Masse haben.
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Vorzugsweise ist der Motor ein Verbrennungsmotor, insbesondere ein Zwei-Takt-Motor. Vorteilhaft ist dabei, dass am oberen Totpunkt des Kolbens viel Zeit für die Verbrennung zur Verfügung steht und am unteren Totpunkt des Kolbens viel Zeit für den Gaswechsel zur Verfügung steht. Durch die Formgebung der Doppelnocken-Kurvenscheibe können die Zeiten für die Verbrennung und den Gaswechsel wesentlich beeinflusst werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft gegenüber einem herkömmlichen Kurbeltrieb-Motor. Der beschriebene Motor ermöglicht daher eine Verbesserung des Wirkungsgrades und eine Reduktion des Energieverbrauchs. Beispielsweise können Lufteinlässe und Abgasauslässe vorgesehen sein, die im unteren Totpunkt der Bewegung jeweiliger Kolben 16 mit dem Verbrennungsraum verbunden sind.
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Vorteilhaft ist auch, dass die Doppelnocken-Kurvenscheibe pro Kolben und pro Umdrehung doppelt so viele Hübe erzeugt wie ein herkömmliches Kurbelgetriebe. Die sogenannte Literleistung kann daher bei gleicher Drehzahl verdoppelt werden, oder es kann bei halber Drehzahl die gleiche Literleistung erzielt werden.
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Indem ein vollkommener Massenausgleich auf einfache Weise ermöglicht wird, werden neue Möglichkeiten für die Entwicklung kleiner Motoren geschaffen. Der Motor kann beispielsweise mit einem Generator zur Stromerzeugung, mit einer Wärmepumpe, mit einem Aggregat für die Koppelung von Strom- und Wärmeerzeugung, oder mit einem Notstromaggregat verbunden sein. Auch kann ein Hubelement Teil eines mit dem Motor verbundenen linearen Generators 26 (4) zur Stromerzeugung sein und beispielsweise einen Magneten 26A umfassen, der zur Ausführung einer Hin- und Herbewegung in einer Leiterspule 26B oder Leiterschleife eingerichtet ist.
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Beispielsweise kann der Motor wie in 4 gezeigt in einem Elektrofahrzeug als Hilfs- oder Reservemotor 25 vorgesehen sein und über einen mit dem Motor verbundenen linearen Generator 26 oder einen herkömmlichen, drehangetriebenen Generator beim Absinken des Ladezustands der Batterie BATT des Elektrofahrzeugs unter einen Schwellwert Strom zum Nachladen der Batterie bereitstellen. Der Motor dient somit als Notaggregat. Hier kommt der kompakte Aufbau und die Laufruhe des Motors vorteilhaft zum Tragen. Der Motor kann dabei effizient mit konstanter Drehzahl betrieben werden. Er kann z. B. gleichzeitig auch zur Wärmeerzeugung zum Beheizen des Elektrofahrzeugs oder zur Kühlung dienen. Der Energieverbrauch für Heizung oder Kühlung kann daher gegenüber einem konventionellen Elektrofahrzeug optimiert werden.
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Der Motor ist jedoch nicht zum mechanischen, direkten Antreiben der Räder des Fahrzeugs eingerichtet, anders als ein Verbrennungsmotor eines herkömmlichen Hybridfahrzeugs. Er ist somit nicht zur mechanischen Koppelung mit dem mechanischen Antriebsstrang eingerichtet. Vielmehr umfasst das Elektrofahrzeug beispielsweise in an sich bekannter Weise den angetriebenen Rädern zugeordnete Motoren M, die gesteuert von einer Antriebsstrang-Steuerung CON aus der Batterie BATT mit Energie versorgt werden. Eine Rekuperation von Bremsenergie ist ebenfalls möglich.
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Da gegenüber einem herkömmlichen Kurbeltrieb-Motor der Raumbedarf für die ausladende Nockenwelle und die Pleuelstangen entfallen, ermöglicht der beschriebene Motor ein sehr kleines Bauvolumen und somit ein geringes Gewicht.
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Anstelle der beschriebenen, starren Verbindung zweier Drehachsen 15 über einen Rollkörper 18 ist es auch denkbar, wie in 5 gezeigt, in einem die Drehachsen 15 verbindenden Verbindungsabschnitt 18D des jeweiligen Rollkörpers 18 ein Druckstück 30 anzuordnen, so dass die Drehachsen 15 am Rollkörper 18 über das Druckstück 30 miteinander verbunden sind. Das Druckstück kann beispielsweise aus einem weicheren Werkstoff als der umgebende Teil des Verbindungsabschnittes 18D sein und dient dazu, ein etwaiges Spiel auszugleichen. Dadurch können die Rollen 14 einfacher in Anlage an der Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 gehalten werden. Vorzugsweise ist bei Vorsehung eines Druckstücks 30 eine Aussparung im Rollkörper 18 vorgesehen, so dass der Rollkörper 18 in gerader Verbindungslinie zwischen den Drehachsen 15 den Verbindungsabschnitt 18D mit eingefügtem Druckstück 30 aufweist sowie, davon durch die Aussparung getrennt, einen Brückenbogen, der die glatte Rollkontur 18A und gegebenenfalls den Zahnkreisbogen 18B aufweist. Denkbar ist auch der Einsatz elastischer Rollen 14.
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6 zeigt schematisch den Aufbau eines Ausführungsbeispiels einer Rolle 14, bei dem die Rolle aus wenigstens einer ersten Scheibe 32 und einer zweiten Scheibe 34 besteht, wobei die Scheiben 32, 34 unterschiedliche Materialhärten aufweisen. Vorzugsweise ist eine Scheibe 32 eine innere Scheibe, die zwischen zwei äußeren zweiten Scheiben 34 angeordnet ist. Beispielsweise kann zwischen zwei härteren Scheiben eine weichere Scheibe eingelegt sein. Umgekehrt kann auch eine härtere Scheibe 32 zwischen zwei weicheren Scheiben 34 angeordnet sein. Vorzugsweise haben die weicheren Scheiben jeweils einen geringfügig größeren Radius als die härteren Scheiben. Dadurch wird ermöglicht, ein unvermeidliches Spiel auszugleichen. Beispielsweise können die ersten Scheiben 32 eine verschleißfestere Oberfläche als die zweiten Scheiben 34 aufweisen. Auch eine weiche Beschichtung der zweiten Scheiben ist denkbar.
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Auch die Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 kann in entsprechender Weise wie die beschriebene Rolle 14 zusammengesetzt sein aus mehreren Scheiben unterschiedlicher Materialhärte und/oder mit unterschiedlich verschleißfesten Oberflächen.
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In einer Weiterführung der beschriebenen Beispiele ist es auch möglich, an dem Motor zusätzlich zu als Kolben des Motors ausgeführten Hubelementen 16 ein weiteres Hubelement 16 beispielsweise als Kolbenpumpe auszuführen, etwa als Luftpumpe oder als Pumpe zur Unterstützung des Gaswechsels. Der Motor kann ein z. B. Hubelement umfassen, das als Arbeitskolben eines Kompressors für die dem Verbrennungsraum zugeführte Luft dienen kann. Ein Kompressor kann z. B. auch zur Erzeugung eines Luftstroms zur Kühlung des Motors dienen.
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Nachfolgend werden weitere Beispiele des Motors beschrieben. Soweit nicht anders angegeben, entspricht der Aufbau den obigen Beispielen. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Die Merkmale der einzelnen Beispiele können miteinander kombiniert werden.
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7 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Motors, bei dem mehrere, beispielsweise drei Getriebe 10 mit über eine gemeinsame Nockenwelle 12A gekoppelten Doppelnocken-Kurvenscheiben 12 vorgesehen sind, wobei an der jeweiligen Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 jeweils vier Rollen 14 und die oben beschriebene Geradführungsgetriebe 17 vorgesehen sind. Es sind somit mehrere Motorabschnitte mit je einem Getriebe 10 und wenigstens einem Kolben 16 bzw. 16' vorgesehen. Der Aufbau entspricht insoweit drei gekoppelten 2-Takt-Motoren gemäß den 1 bis 3, jedoch mit jeweils einem Kolben 16 bzw. 16' mit entsprechender jeweiliger Gegenmasse als gegenüberliegendes Hubelement, um einen Massenausgleich zu erhalten. In einer gemeinsamen Zwischenwand der Motorabschnitte kann beispielsweise ein Wälzlager zur Lagerung der Nockenwelle 12A vorgesehen sein, dessen Innendurchmesser mindestens dem Maximaldurchmesser der Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 entspricht. Dies vereinfacht den Zusammenbau und verbessert die Qualität der Lagerung. Die Nockenwelle 12A kann hier beispielsweise scheibenförmig ausgebildet sein.
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Die Getriebe 10 sind so miteinander gekoppelt, dass die Kolben 16, 16' der einzelnen Motorabschnitte zeitlich versetzt arbeiten. Dadurch wird die zeitliche Verteilung des Antriebsmoments des Motors gleichmäßiger. Durch unterschiedliche Ausrichtung der Doppelnocken-Kurvenscheiben 12 können beispielsweise bei einem Kolben je Doppelnocken-Kurvenscheibe 12 insgesamt drei mal zwei, also sechs Kolbenhübe pro Umdrehung der Nockenwelle 12A ausgeführt werden. Die Bewegungsrichtungen der jeweiligen Kolben 16, 16' der Motorabschnitte sind parallel zueinander ausgerichtet. Es ergibt sich ein kleines Bauvolumen. In einer günstigen Einbaulage sind alle Bewegungsrichtungen der Kolben vertikal. Dies verringert weiter etwaige Seitenkräfte an den Kolben infolge des Eigengewichts.
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In 8 ist ein Beispiel des Motors gezeigt, bei dem wenigstens eines der Hubelemente 16 mit einem Federelement 36 gekoppelt ist. Das Federelement 36 ist hier eine Druckfeder, die am anderen Ende mit dem Getriebegehäuse verbunden ist. Bei einer Auswärtsbewegung des betreffenden Hubelements 16 wird die Feder gestaucht und speichert Energie. Diese wird bei der Einwärtsbewegung des Hubelements 16 wieder abgegeben. Alternativ können andere Federarten oder sonstige elastische Federelemente eingesetzt werden.
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9 zeigt in einer schematischen Teildarstellung einen Motor gemäß einer Weiterbildung der Erfindung. Der Motor entspricht beispielsweise den oben beschriebenen Beispielen mit Getriebe 10 und Geradführungsgetriebe 17 und ist ein 2-Takt-Motor.
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Das Hubelement umfasst hier einen runden Kolben 16 und eine starr mit dem Kolben 16 verbundene Kolbenstange 40, die den Kolben 16 mit der betreffenden Rolle 14 verbindet. Der Kolben 16 ist in einer zylindrischen Kolbenkammer 42 des Motorgehäuses aufgenommen, mit Seitenwand 44, Boden 46 und Kopfwand 48. Die Kolbenstange 40 ist in einer gehäusefest angeordneten Kolbenführung 50 zwischen der Kolbenkammer und der Rolle 14 geführt. Der Kolben 16 ist durch die Kolbenstange 40 geradlinig geführt. Die Kolbenführung 50 dichtet außerdem die Kolbenkammer gegen die Kolbenstange 40 ab. Sie bildet somit eine Dichtung für den rückseitigen Teil der Kolbenkammer. Dies wird – im Gegensatz zu einem Kurbelwellenmotor – aufgrund der geradlinigen Hin- und Herbewegung der Kolbenstange 40 ermöglicht.
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Der Kolben 16 ist an seinem ganzen Umfang mit Abstand von der ihn umgebenden Seitenwand 44 angeordnet. D. h., die Seitenwand 44 umgibt den Kolben 16 berührungslos. Mit anderen Worten ist der Kolben 16 berührungsfrei in der von der Seitenwand 44 umschlossenen Kolbenkammer 42 aufgenommen. Er ist zur Ausführung der in Bezug auf die Seitenwand 44 berührungslosen Hin- und Herbewegung entlang der Seitenwand 44 eingerichtet.
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Ein Verbrennungsraum oder Brennkammer 52 ist durch die Seitenwand 44, die Vorderseite des Kolbens 16 und die gegenüberliegende Kopfwand 48 begrenzt. Im Betrieb des Motors bewegt sich der wenigstens eine Kolben 16, über die geradlinig geführte Kolbenstange 40 geführt, berührungsfrei zu und beabstandet von der Seitenwand 44 der Kolbenkammer 42 des jeweiligen Kolbens 16 entlang der Seitenwand 44.
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Am Umfang des Kolbens 16 weist die Kolbenkammer 42 zwischen dem Kolben 16 und der Seitenwand 44 einen Spalt 54 mit einem Labyrinth 56 auf, das wenigstens eine Kolbennut umfasst. Das Labyrinth 56 ist in der äußeren Umfangsfläche des Kolbens 16 gebildet. In seiner einfachsten Form besteht das Labyrinth 56 aus einer Kolbennut, die in Umfangsrichtung des Kolbens 16 verläuft. Im Beispiel sind mehrere umlaufende Kolbennuten vorhanden. Das Labyrinth 56 bewirkt bei der Hubbewegung des Kolbens eine Verlängerung des Strömungsweges durch den Spalt 54 und wirkt dadurch mit der glatten Seitenwand 44 als Glattspaltlabyrinth-Dichtung. Somit weist der Motor eine Glattspaltlabyrinth-Dichtung mit wenigstens einer Kolbennut auf. Der Kolben 16 ist dadurch berührungslos gegen die Seitenwand 44 gedichtet. Der Kolben 16 ist somit ausschließlich außerhalb des vom Kolben 16 überstrichenen Abschnitts der Seitenwand 44 geführt. Es ist insbesondere kein Kolbenring zur Dichtung vorhanden. Im Labyrinth 56 kann eine Nachverbrennung eindringenden Gases erfolgen. Etwaiges hindurchtretendes Gas oder Abgas kann an der Unterseite des Kolbens ausgestoßen werden.
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Außenseitig der Wand 44, 46, 48 der Kolbenkammer 42 ist eine Isolation in Form einer Wärmedämmschicht 58 aus einem porösen, feuerfesten Werkstoff angeordnet. Das Material hat eine geringere Dichte als das Material der Kolbenkammer-Wand 44, 46, 48. Als Werkstoff kommen beispielsweise Keramikfasern, Hochtemperaturwolle und/oder andere, feste Wärmedämmstoffe in Betracht. Unter einem feuerfesten Werkstoff wird hier ein Werkstoff verstanden, der geeignet ist, einer Beanspruchung von wenigstens 500°C zu widerstehen. Die Wärmedämmschicht 58 dient zur Verbesserung der thermischen Isolierung der Kolbenkammer 42 gegenüber der Umgebung, um eine hohe Betriebstemperatur und ein schnelles Aufheizen der Kolbenkammer 42 zu ermöglichen. Diese beträgt beispielsweise wenigstens 500°C oder 600°C und ist bevorzugt im Bereich von etwa 800°C bis 1000°C. Aufgrund der Geradführung der Kolbenstange 40 kann auch die Rückseite der Kolbenkammer, also deren Boden 46, mit der Wärmedämmschicht 58 versehen sein. Dies ermöglicht eine besonders gute thermische Abschirmung des Getriebes 10 von der Kolbenkammer 42. Der Motor kann als Brennkammermotor bezeichnet werden.
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Die Wand der Kolbenkammer, insbesondere die Seitenwand 44 und die Kopfwand 48, und die Vorderfläche des Kolbens 16 sind vorzugsweise aus einem feuerfesten Werkstoff wie beispielsweise einem für Turbinenschaufeln geeignetem Stahl. Als Materialien kommen auch Keramik oder andere hochtemperaturbeständige Materialien in Betracht. Durch Abstimmung der Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe kann die Spaltbreite zwischen Kolben 16 und Seitenwand 44 optimiert werden.
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Der Motor umfasst eine erste Zufuhr- oder Einspritzeinrichtung 60 zum Zuführen oder Einspritzen eines Brennstoffs aus einem ersten Tank 62, z. B. Benzin oder Diesel, und eine zweite Zufuhr- oder Einspritzeinrichtung 64 zum Zuführen oder Einspritzen eines Verdampfungsmediums in Form von Wasser, insbesondere entmineralisiertem Wasser, aus einem zweiten Tank 66, sowie Einlass- und Auslassschlitze 67 für den Gaswechsel. Gesteuert durch eine Steuereinrichtung 68, die mit einem optionalen Temperatursensor 70 verbunden ist, wird der Brennstoff und/oder das Verdampfungsmedium synchronisiert mit der zyklischen Kolbenbewegung der Kolbenkammer 42 zugeführt. Die Zuführung erfolgt in die Brennkammer 52 im vorderen Teil der Kolbenkammer 42. Weitere Details des Motors sind dem Fachmann aus herkömmlichen Motoren bekannt und sind hier nicht im einzelnen dargestellt. Der Motor arbeitet nach dem Zweitakt-Verfahren.
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Beispielsweise erfolgt abwechselnd eine Zufuhr von Brennstoff und von Verdampfungsmedium. Durch Einspritzen von Verdampfungsmedium bei einer Arbeitstemperatur des Verbrennungsraums, d. h. der Brennkammer 52, welche den Siedepunkt des Verdampfungsmediums übersteigt, erfolgt ein schlagartiges Verdampfen des Verdampfungsmediums. Frei werdende Bewegungsenergie wird auf den Kolben übertragen und als Antriebsenergie genutzt. Gleichzeitig erfolgt durch die Verdampfungskühlung eine Kühlung des Kolbens und der Kolbenkammer 42. Es erfolgt somit sowohl ein Verbrennen des Brennstoffs unter Verdrängung des Kolbens, als auch ein Verdampfen des Verdampfungsmediums unter Verdrängung des Kolbens. Das Verdampfungsmedium kann als kühlender Treibstoff bezeichnet werden, der Brennstoff als heizender Treibstoff. Die Steuereinrichtung 68 ist beispielsweise dazu eingerichtet, die Zufuhreinrichtungen für Brennstoff und das Verdampfungsmedium zu steuern, um wechselweise Brennstoff und Verdampfungsmedium der Brennkammer zuzuführen. In einem jeweiligen Zyklus der Hin- und Herbewegung des Kolbens wird entweder Brennstoff oder das Verdampfungsmediums zugeführt. Durch Steuerung der Abfolge von Zufuhr von Brennstoff und Zufuhr von Verdampfungsmedium kann ein Arbeitstemperaturbereich aufrechterhalten werden, indem z. B. bei Überschreiten eines oberes Temperaturwertes Verdampfungsmedium zugeführt wird und bei Unterschreiten eines unteren Temperaturwertes Brennstoff zugeführt wird. Die oberen und unteren Temperaturwerte können beispielsweise 600°C und 500°C sein, wobei diese Werte lediglich beispielhaft zu sehen sind. Ein herkömmlicher Kühler ist nicht erforderlich. Auch eine gleichzeitige Zufuhr von Brennstoff und Verdampfungsmedium ist denkbar. Abwärme eines Verdampfungsmedium-haltigen Abgases kann außerdem in einem Wärmetauscher zum Vorwärmen der zugeführten Verbrennungsluft genutzt werden. Dies erhöht den Wirkungsgrad.
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Alternativ oder zusätzlich zu der zweiten Zufuhreinrichtung 64 für ein Verdampfungsmedium kann der Motor eine Zufuhreinrichtung 80 für ein Kühlmedium aufweisen, um ein Kühlmedium rückseitig des Kolbens der Kolbenkammer 44 zuzuführen. Beispielsweise kann das Kühlmedium über eine Zufuhröffnung 82 und eine Ausstoßöffnung 84 im rückwärtigen Bereich der Kolbenkammer zugeführt und ausgelassen werden, die zumindest bei einer vorderen Kolbenstellung in Fluidkommunikation mit einem rückseitigen Bereich der Kolbenkammer 44 stehen. Dadurch kann die Kolbenkammer 44 rückseitig des Kolbens 16 mit dem Kühlmedium, z. B. Luft, durchströmt und gekühlt werden. Insbesondere kann dadurch die Kolbenstange 40 gekühlt werden. Es kann beispielsweise auch die Kühlluft nach unten am Schaft (Kolbenstange) 40 entlang strömen und die Kolbenführung 50 kühlen. Die Zufuhreinrichtung 80 für das Kühlmedium kann eine aktive oder passive Zufuhreinrichtung sein, passiv beispielsweise mit Rückschlagventilen ausgeführt sein, oder aktiv mit einer Gebläseeinrichtung und/oder aktiv gesteuerten Ventilen. Denkbar ist auch eine Innenkühlung des Kolbens über einen inneren Hohlraum des Kolbens und der Kolbenstange.
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Der beschriebene Motor kann auch mit doppelt wirkendem Kolben aufgebaut sein, bei dem beidseitig des Kolbens 16 jeweils eine Brennkammer 52 vorgesehen ist.
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Die Merkmale aller oben beschriebenen Beispiele können miteinander kombiniert werden, soweit nicht anders angegeben oder sie sich gegenseitig ausschließen.
