DE102016007565A1

DE102016007565A1 - Schleudersegmentfunktionsprinzip einer fluidbetriebenen Kraftmaschine mit Fremdzündung, genannt Kaisermotor

Info

Publication number: DE102016007565A1
Application number: DE102016007565.1A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-06-21
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2017-12-21

Abstract

Hub- und Kreiskolbenmotoren haben geringe Wirkungsgrade und einen hohen Schadstoffausstoß. Die Motoren haben hohes Eigengewicht und großes Baumaß. Die aufwendige und störungsanfällige Technik sorgen für hohe Wartungskosten. Die negativen Eigenschaften dieser Motoren werden durch den Kaisermotor beseitigt. Das Schleudersegmentprinzip ermöglicht den Bau von Motoren, die mit sehr wenigen bewegten Teilen funktionsfähig sind. Die Fluidverbrennung wirkt auf Verdrängerelemente, welche dadurch in einer Kreissegmentbahn um ihre Längsachse geschleudert werden. Sie werden abwechselnd beidseitig mit Kraft beaufschlagt, was zu einer oszillierenden Bewegung führt. Die Bewegungen werden durch Mitnehmerelemente erfasst und in zwei getrennte Wellen eingeleitet, und geben sie an eine dritte Welle ab, wobei die Drehrichtung einer Welle noch umgekehrt wird. An der dritten Welle steht die Drehbewegung zur Nutzung bereit. Jeder Verdränger stellt den Kolben für zwei Zylinder dar. Dadurch führt der Motor keinerlei Leerhub aus. Jede Bewegung leitet Kraft in die Antriebswelle ein. Die Ventile werden direkt vom Verdränger gesteuert. Die Reduzierung der Mechanik führt zu einem geringen Eigengewicht und kleinen Baumaß. Die Merkmale des Kaisermotors führen zu einem höheren Wirkungsgrad, dadurch sinkt der Schadstoffausstoß. Der Kaisermotor ist kein Saugmotor, der Gasaustausch in den Zylindern erfolgt durch Einblasen von Druckluft. Der Kaisermotor dient als Kraftmaschine zur Erzeugung von Energie und als Antrieb von motorisch betriebenen Fahr-, Flugzeugen und Wasserfahrzeugen.

Description

Technische Zugehörigkeit:
Das Schleudersegment-Funktionsprinzip ist ein Funktionsprinzip für fluidbetriebenen Kraftmaschinen. Kraftmaschinen, welche nach dem Schleudersegment-Funktionsprinzip arbeiten, werden Kaisermotor genannt.
Stand der Technik:

Hubkolbenmotoren, Ottomotor in 2-4- und 5 Takt, Dieselmotor, Kreiskolbenmotor Verschiedenste Rotationskolben- oder Schwenkkolbenmotorkonstruktionen.

Mängel des Stands der Technik:
Hubkolbenmotoren:
Die Hubkolbenmotoren haben in allen Taktausführungen eine aufwendige Mechanik zu bewegen. Dadurch gibt es viele bewegte Einzelteile, was zu einem große Baumaß führt und ein sehr hohes Eigengewicht der Motoren zur Folge hat. In Bezug auf Umdrehungen der Kurbelwelle erfolgt beim 4 Takt Ottomotor und Dieselmotor die Krafteinleitung in der Regel alle 720° pro Kolben, beim 2- und 5 Takt Motor alle 360°. Nach der Krafteinleitung erzeugen die Motoren 180° lang Leistung. Die Differenz zu den obengenannten Winkelangaben benötigen die Motoren jedoch Leistung, um weiterlaufen zu können.
Das führt zu einem sehr hohen Verbrauch und zu einem sehr geringen Wirkungsgrad. Dieser liegt für Hubkolbenmotoren im Bereich von 0,1 bei Fremdzündungsmotoren bei der Stadtfahrt bis bestenfalls 0,45 im Bereich der Dieselmotoren. Dadurch ergibt sich ein sehr hoher Schadstoffausstoß, im Falle des Dieselmotors noch begleitet durch die Feinstaubproblematik.
Die Wartung der Hubkolbenmotoren ist aufwendig und dadurch teuer.
Kreiskolbenmotor:
Der Kreiskolbenmotor besitzt eine sehr anfällige Technik. Die Probleme rühren von den großen Dichtigkeitsproblemen der Brennraumabdichtung, aber auch von den großen Reibungsflächen des Kolbens an den Zylinderwänden her. Die Folgen sind hoher Verschleiß und ein großer Schmierstoffverbrauch. Durch die großen Anlageflächen des Kreiskolbens an der Brennkammerwand entsteht bei diesem Motorenprinzip ein großer Reibungswiderstand und dadurch eine große Wärmeentwicklung. Dieser Umstand verschärft die Dichtigkeitsprobleme des Motors zusätzlich. Ferner führt das Funktionsprinzip des Kreiskolbenmotors zu erhöhtem Verschleiß, was die Lebensdauer des Motors sehr verkürzt.
Der Motor hat aufgrund seiner geometrisch ungünstigen Brennkammergeometrie eine inhomogene Verbrennung, was im Vergleich mit Hubkolbenmotoren mit gleicher Leistung zu einem höheren Kraftstoffverbrauch führt. Das hat einen noch höheren Schadstoffausstoß und einen noch geringeren Wirkungsgrad als Hubkolbenmotoren zur Folge. Die Wartung des Kreiskolbenmotors ist aufgrund der Dichtungsprobleme sehr kostenintensiv.
Rotations- und Schwenkkolbenmotoren:
Keine der von mir ermittelten Motorkonstruktionen hat sich nennenswert durchsetzen können.
Sie kommen in der Praxis als Kraft oder Arbeitsmaschinen aus verschiedenen Gründen kaum bis gar nicht zur Anwendung. Meist sind ein geringer Wirkungsgrad, sehr aufwendige Mechaniken und eine komplizierte und daher teuere Fertigung Gründe für die Nichtbeachtung der Konstruktionen. Ich konnte bei meinen Recherchen kein Wirkprinzip ermitteln, welches aus oszillierenden Kreissegmentbewegungen eine technisch verwertbare Drehbewegung erzeugt. Daher nehme ich auf keines der bestehenden Patente Bezug, sondern erwähne nur deren Existenz allgemein.
Meine Nachforschungen können selbstverständlich nicht vollständig sein, daher kann ich nicht vollständig ausschließen, dass nicht doch irgendwo ein ähnliches Wirkprinzip wie das Funktionsprinzip des Kaisermotors hinterlegt oder zu Anwendung gekommen ist.
Abhilfe für die Mängel am bekannten Stand der Technik:
Die bestehenden Mängel am Stand der Technik rühren von den aufwendigen und anfälligen Funktionsweisen von Hubkolben und Kreiskolbenmotoren her. Um die Probleme zu lösen, müssen diese Motorfunktionsprinzipien durch effizientere Funktionsweisen ersetzt werden.
Abhilfe kann hier das Schleudersegmentprinzip für Verbrennungsmotoren schaffen.
Der Grundgedanke ist, eine Kraftmaschine zu entwickeln, welche durch Fluidverbrennung oszillierende Kreissegmentbewegungen (keine Vollkreisbewegungen) erzeugt. Diese oszillierenden Bewegungen werden zunächst in gegenläufige kontinuierliche Drehbewegungen umgesetzt. Anschließend werden die Drehbewegungen gleichgerichtet und so als technisch nutzbare Drehbewegung in eine einzige Abtriebswelle eingeleitet.
Die bereits jetzt beweisbaren Vorteile dieses Funktionsprinzips sind eine einfache Mechanik mit wenig bewegten Teilen, sehr geringes Gewicht und ein kleines Baumaß des Motors.
Der Motor ist robust und leicht zu fertigen, die Montage des Motors ist einfach, die Wartung des Motors ist daher ebenso unkompliziert und kostengünstig.
Darüber hinaus ist ein wesentlich höherer Wirkungsgrad des Motors zu erwarten, weil die Krafteinleitungen in die Verdrängerelemente häufiger stattfindet als beim Hubkolbenmotor.
Da die Verdrängerelemente beidseitig abwechselnd mit Kraft beaufschlagt werden, hat der Motor keinen Leerhub. Jede Bewegung der Verdrängerelemente leitet Kraft in die Antriebswelle ein. Die Fluidverbrennung versetzt die Verdränger in eine radiale Bewegung, auch hierdurch ergibt sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades gegenüber der Hubkolbenmotoren, bei denen die Kolben linear beschleunigt werden.
Ausführungsbeispiel
Erläuterung zur Funktionsweise des Kaisermotors
Der Kaisermotor ist eine Kraftmaschine welche nach der Schleudersegmentfunktionsweise funktioniert. Es handelt sich um einen Fremdzünder. Ich habe den Kaisermotors in einem Zeichnungssatz schematisch dargestellt und möchte ihn anhand dieser Zeichnungen erklären.
Die Zeichnungen dienen nur zur der Veranschaulichung des Wirkprinzips und stellen keine ausgereifte Konstruktion mit endgültigen Maßen und Übersetzungsverhältnissen dar.
Zahnradübersetzungen sind vereinfacht als ineinandergreifende Vollkörper dargestellt.
Die Konstruktion und Fertigung eines Prototypen würde nach einer möglichen Patentzuteilung beginnen.
Das Funktionsprinzip
Ich beginne die Erklärung mit der Ausgestaltung des inneren Gehäuses. Hierzu möchte ich auf die Zeichnung 1 „Innengehäuse” verweisen.
Kernstück des Motorprinzips sind die Segmentlaufbahnen (1), gepaart mit den jeweilig dazugehörigen Schleudersegmenten, welche in den Segmentlagerbohrungen (2) aufgenommen werden. An den Enden der Segmentlaufbahnen liegen die Ventilscheibensitze für Einlass (3) und Auslass (4). In diese münden jeweils Einlasskanal (5) und die Auslasskanäle (6). Zentrisch im Gehäuse liegt die Centerbohrung (7). Die Bohrungen für Zündkerzen (8) und Einspritzdüsen (9) münden in die Brennräume (10). Im vorliegenden Beispiel werden die beiden Laufbahnen durch die Verdrängerelemente in jeweils zwei Zylinder zu je 90° Segmentlaufwinkel unterteilt. Es handelt sich um einen vierzylindrigen Motor.
Das geschlossene Gehäuse besteht aus zwei gleichen Gehäuseteilen, welche gegeneinander montiert werden. Die jeweiligen Zylinder werden so mit allen zum Betrieb benötigten Merkmalen vervollständigt.
Die Zeichnung 2 „Segment” zeigt das Schleudersegment als Einzelteil. Beide Segmente werden mit den längeren Ansätzen in den Segmentlagerbohrungen des Innengehäuses in gleicher Ausrichtung montiert. Auf diesen längeren Ansätzen werden die Startermagnete und die Ausgleichsgewichte montiert, darum sind diese Enden länger als die auf der anderen Seite.
Die Zeichnung 3 „Innengehäuse mit Segment” zeigt die Laufbahnen einer Gehäusehälfte mit den in ihr liegenden Segmenten. Die Segmente führen während ihrer Bewegungen immer mehrere Takte gleichzeitig aus. Während das Segment im ersten Zylinder den Takt Zündung durchläuft und dadurch den Arbeitshub vollführt, komprimiert es mit seiner Rückseite im zweiten Zylinder der Laufbahn das bereits neu eingepresste Fluid. Gegen Ende des Arbeitshubes öffnen sich die Ventilscheiben und neue Luft wird in den Zylinder eingeblasen.
Durch gleichzeitiges Öffnen des Auslassventils werden die Abgase aus dem Zylinder durch die Frischluft verdrängt. Dann schließen die Ventile wieder, die Einspritzung sprüht den Treibstoff in den nun geschlossenen Zylinder und kurz darauf erfolgt auf der Rückseite des Segments die Zündung, und der Arbeitszyklus beginnt von neuem. Dadurch hat der Motor keinerlei Leerhub. Jede Bewegung der Segmente leitet Kraft in den Abtrieb ein. Die Bewegungen der Segmente sind Phasenverschobene und überlagern einander zu 50%.
In die Ventilscheibensitze an der Gehäuseunterseite sind die drehbar gelagerten Ventilscheiben eingebracht. Die Ventilscheiben sind in der Zeichnung 4 dargestellt.
An den Schäften der Ventilscheiben und der Segmente sind die Zahnräder für den Ventiltrieb angebracht. Dieser ist schematisch in der Zeichnung 5 dargestellt. Über die an den Schlüsselflächen der Segmente aufgesteckten Zahnräder (11) werden die Ventilscheibenzahnräder (12) direkt angetrieben und drehen die Ventilscheiben in die jeweilig notwendige Stellung in Bezug zur Segmentstellung. Das Einbringen von Frischluft in die Brennräume geschieht durch Einblasen von Druckluft. Diese wird durch eine geeignete Drucklufterzeugereinheit (Turbolader, Kompressor mit Druckspeicher o. ä.) bereitgestellt. Die Einheit kann sowohl vom Motor selbst angetrieben werden oder als externe Einheit eigenständig funktionieren. Die eindringende Druckluft verdrängt auch die Abgase über die geöffneten Auslassventilscheiben aus den Zylindern. Die Startereinheit des Motors ist in der Zeichnung 6, Startereinheit aktiv und in Zeichnung 7, Startereinheit inaktiv dargestellt.
Der Verbrennungsmotor wird durch Elektromagnete (13) gestartet, welche die Segmente abwechselnd in beide Richtungen bewegen und somit die Startbewegung erzeugen. Die Elektromagnete wirken auf die aufgesteckten Ausgleichsgewichte der Segmente (14).
Die Zeichnung 8 Oszillationswandlerebene zeigt die Details der Oszillationswandlereinheiten. Es befinden sich zwei davon am Motor, eine auf der Gehäuseoberseite, die andere auf der gegenüberliegenden Seite unten. Zunächst werden die oszillierenden Bewegungen der Segmente nach den Richtungen von einander getrennt abgeführt. Das geschieht über die Mitnehmerelemente (15). Diese leiten die Bewegungen über Zahnräder (16) weiter in die Abtriebswelle (18). Das geschieht auf einer Seite direkt, die Drehrichtung der anderen Seite wird noch durch ein Zwischenrad (17) umgekehrt, sodass beide Krafteinleitungen im gleichen Drehsinn erfolgen. Da es sich um die Bewegungen aus zwei Segmenten handelt, und die Bewegungen sowohl an der Ober als auch an der Unterseite des Motors in die abtriebswelle eingeleitet werden, wird durch die Phasenverschiebung so eine durchgehende Drehbewegung erzeugt. Die Funktionsweise der Mitnehmerelemente wird in der Zeichnung 9 Mitnehmerelement genauer dargestellt. Zum besseren Verständnis ist das Mitnehmerelement ohne die beiden seitlichen Abschlussdeckel, welche das Gehäuse abschließen, dargestellt. Das Mitnehmerelement besteht aus dem Sperrkörpergehäuse (19) an dessen Umfang sich eine Außenverzahnung (23) befindet. Die Verzahnung ist zeichnerisch nicht dargestellt. Im Sperrkörpergehäuse sind 4 Sperrkörper (21) in 90° Verteilung federnd gelagert. Die Federn (22) sind nur vereinfacht dargestellt. Im Zentrum des Sperrkörpergehäuses liegt konzentrisch der Mitnehmerring (20). Durch die Ausgestaltung des Umfangs der Mitnehmerringe ist eine Kraftübertragung nur in eine Drehrichtung möglich.
Die andere Drehrichtung kann von diesem Mitnehmerelement nicht übertragen werden, die Sperrelemente rutschen ohne Widerstand durch, werden dabei nach hinten gegen die Federkraft verdrängt, bis sie über die Kante des Mitnehmerprofils wieder in ihre Verriegelungsstellung gedrückt werden können. Dies geschieht am Ende der Rückbewegung und kurz nach dem Einrasten der Sperrkörper wechselt die Bewegungsrichtung des Segments wieder. Somit kann die Kraft der Vorbewegung wieder übertragen werden. Die Mitnehmerringe sind auf die Schlüsselflächen der Segmentachse beidseitig aufgesteckt.
Durch den gegenläufigen Einbau der Mitnehmerelemente ist es möglich, beide Drehrichtungen der Segmente zu erfassen und zu übertragen. Die Drehbewegungen werden über zwei weitere Mitnehmerelemente in die Abtriebswelle eingeleitet, deren Stirnseiten als Keilwelle und Keilbuchse ausgeprägt sind. Dies ermöglicht das modulare Kombinieren mehrere Kaisermotoren zu einer stärkeren Kraftmaschine, ohne dass größere Umbaumaßnahmen erfolgen müssen. Lediglich der Anschluss an Drucklufterzeuger, Abgasanlage, Einspritzmodul und elektrischer Anschluß muss vorgenommen werden, damit mehrere Module des Kaisermotors im Verbund laufen können. Die Antriebswellen der Motoren sind ebenfalls mit Mitnehmerelementen Versehen. So wird gewährleistet, dass im Falle des Ausfalls eines Moduls die anderen Module den Antriebsstrang problemlos weiter antreiben können.
Der Motor ist noch mit einem Kühl-, einem Ölkreislauf, dem Drucklufterzeuger und Druckluftspeicher, der Einspritzanlage, dem Stromgenerator und einer Batterie zu versehen.
Auf die Beschreibung und Darstellung dieser Bestandteile habe ich verzichtet, da diese Stand der Technik sind und somit keine Neuerung darstellen.
Ein Beispiel, wie der Kaisermotor im geschlossenen Zustand aussehen könnte, zeigt die Zeichnung 10 Kaisermotor. Seitlich nach oben sind die beiden Abgaskrümmer (24) angebracht, an die eine weiterführende Abgasanlage angeschlossen wird. Von den Zündkerzen (25) sind in dieser Perspektive nur drei sichtbar, ebenso die Einspitzventile (26).
An der Oberseite des Motors ist eine Seite der Antriebswelle, in diesem Fall als Keilwelle (27) ausgebildet zu sehen. An der Motorunterseite ist demnach die Keilbuchse angeordnet.
Von unten kommend münden die Einlasskrümmer (28) seitlich in das Motorgehäuse. Auch hier ist bedingt durch die Perspektive nur Einer von Zweien zu sehen. Die beiden Innengehäusehälften (29) bilden die mittlere Gehäuseebene, auf der Unterseite ist die Starterebene (30) angeordnet, den Abschluss bilden an Ober und Unterseite des Motors jeweils die Oszillationswandlerebenen (31) mit dem Gehäuseabschlussdeckeln.
Da die Zeichnung nur schematisch ist, habe ich zur besseren Übersichtlichkeit auf die Darstellung von Zuleitungskabel, Schläuche, Rohre und Ähnlichem verzichtet.
Vorteile des Kaisermotors zum Hubkolben- und Kreiskolbenmotor
Das Motorenkonzept
Im Vergleich zu den Wirkprinzipien von Hubkolben und Kreiskolbenmotoren liegt hier ein einfaches und leicht umzusetzendes Prinzip vor, welches es ermöglicht dem Motor ein Maximum an Kraft zur Verfügung zu stellen, da der Motor nur einen sehr geringen Teil seiner Leistung einsetzen muss, um sich selbst am Laufen zu halten.
Zur Erzeugung der oszillierenden Bewegungen der Segmente müssen bei der 4 Zylinder Variante insgesamt nur 10 Teile mechanisch bewegt werden. Darüber hinaus funktioniert der Kaisermotor ohne jeglichen Leerhub. Bei jeder Bewegung der Segmente leitet der Motor Kraft in den Abtrieb ein. Die Krafteinleitung findet somit wesentlich öfter statt als bei den Motor des Standes der Technik. Im vorliegenden Beispiel ist dies nach jeder 90° Bewegung der Segmente der Fall. Des Weiteren erfolgt der Ventiltrieb durch Zahnradtriebe. Diese haben einen sehr hohen Wirkungsgrad und kosten den Motor somit sehr wenig Kraft, um angetrieben zu werden. Durch die Reduzierung der bewegten Teile kommt es zu wesentlich weniger Reibungsverlusten und zu weniger Wärmeentwicklung. Allein diese Gesichtspunkte allein dürfen bereits annehmen lassen, dass der Kaisermotor einen wesentlich höheren Wirkungsgrad haben wird als Hub- und Kreiskolbenmotoren.
Bei großvolumigen, langsam laufenden Kaisermotoren kann man ohne Ausgleichsgewicht am Segment auskommen. Die Segmente sind dann so angeordnet, dass sie ihre Kreissegmentbahn in der Senkrechten vollziehen. So kann man die Schwerkraft auch noch nutzbar mit in die Funktion des Kaisermotors mit einbeziehen, da die Hin- und Herbewegung des Segments jeweils nach Überschreiten des oberen Scheitelpunktes der Laufbahn von der Schwerkraft auf dem Weg nach unten unterstützt wird. Auch dies wird den Wirkungsgrad noch weiter erhöhen. Diese Variante des Kaisermotors wäre im Fernverkehr, bei großen, schweren Arbeitsmaschinen für große Schiffsmotoren interessant.
Der genaue Wirkungsgrad des Kaisermotors wird erst nach der genauen Auslegung der Maschine zuverlässig zu berechnen sein, er dürfte aber aufgrund der oben genannten Umstände den Wirkungsgrad der effektivsten Hubkolbentechnologien bei weitem übersteigen.
Baumaß
Ein weiterer Vorteil ist das Baumaß. In dem vorliegenden Entwurf habe ich einen Motor konstruiert, welcher einen Hubraum von etwa 1000 cm³ hat. Dabei entstand ein Motor mit den Abmaßen L × B × H 400 × 200 × 180 mm ohne Antriebswelle. Diese kompakte Baumaß ist weder mit Hubkolben noch mit Kreiskolbenmotoren zu erreichen und ist in erster Linie auf die einfache Technik mit wenigen bewegten Teilen zurückzuführen.
Gewicht
Der vorliegende Motor ist nur schematisch skizziert. Die Teile sind nicht berechnet oder gar optimiert. Alle Teile sind als Vollkörper gezeichnet, es sind keinerlei Kühl- und Schmierkanäle und Bohrungen eingebracht. Dieses Muster wurde nur entworfen, um das Motorenkonzept bildlich darzustellen. Bei der Erstellung der Zeichnungen habe ich jedoch bereits die Materialien gewählt, welche bei der Realisierung der Maschine ebenfalls zum Einsatz kommen werden. Selbst dieser grobe Entwurf würde bei seiner Verwirklichung lt. CAD Programm nur 50 kg wiegen (siehe Kaisermotor Grafik 1). Hubkolben und auch Kreiskolbenmotoren vergleichbarer Hubraumgröße sind etwa 2 bis 3× schwerer.
Es ist zu erwarten, nach der Ausarbeitung und Optimierung der Serienmaschine mit gewichts- und belastungsoptimierten Bauteilen, eine weitere wesentliche Gewichtsersparnis erzielt werden wird.
Fertigung und Kosten
Der Motor besteht aus nur sehr wenigen Einzelteilen. Diese sind weitgehend so konstruiert, dass die meisten Teile symmetrisch sind und somit in beiden Gehäusehälften eingesetzt werden. Die symmetrische Konstruktion des Motors führt zu geringen Fertigungskosten und einfacher und damit billiger Montage. Die Ersatzteillagerhaltung kann dadurch auf ein Minimum reduziert werden. Im Motor selbst gibt es keine aufwendig mechanischen Abläufe, sodass eine große Präzision in der Fertigung nur im Bereich der Schleudersegmente und der Schleudersegmentlaufbahnen notwendig ist, um die Dichtheit der Brennkammern zu erreichen. Auch dies trägt deutlich zur kostengünstigen Fertigung des Motors bei.
Wartung
Aufwendige und teuere Wartungsarbeiten wie z. B. Steuerriemenwechsel am Hubkolbenmotor, oder häufig auszuführende Abdichtungsarbeiten wie beim Kreiskolbenmotor sind beim Kaisermotor nicht notwendig.
Positive Auswirkungen auf hybridbetriebene Fahrzeuge
Durch den Einsatz des Kaisermotors in Hybridfahrzeugen kann die Reichweite des Elektroantriebs deutlich erhöht werden, da der Verbrennungsantrieb wesentlich weniger Gewicht einbringt und durch das kleinere Baumaß mehr Platz für Batterien größerer Leistung sein wird.
Sonstige Auswirkungen
Der Kaisermotor hat durch seine deutlichen Vorteile gegenüber des Standes der Technik das Potenzial, die momentan weitverbreiteten Hubkolbenmotoren und die in geringerem Maße verwendeten Kreiskolbenmotoren ablösen. Die herkömmlichen Motoren tragen durch ihren sehr geringen Wirkungsgrad in großem Maße zu der Abgasbelastung und somit zur Erderwärmung bei. Ein Verbrennungsmotor mit höherem Wirkungsgrad würde aus dem eingesetzten Kraftstoff mehr Leistung erzielen können, was den Einsatz von weniger Kraftstoff bei gleichbleibender Leistungsabgabe zur Folge hat. Daraus ergibt sich zwangsläufig auch eine Reduzierung der ausgestoßenen Schadstoffe. Der großflächige Einsatz des Kaisermotors im Bereich der Kraftmaschinen würde sicherlich einen signifikanten Beitrag zur Verbesserung der Luftqualität leisten können und damit zur Verlangsamung der Erderwärmung beitragen. Die durch Dieselmotoren ausgelöste Feinstaubproblematik entfiele gänzlich.
Durch seine geringe Baugröße und sein Geringes Gewicht bestünde die Möglichkeit, selbst ältere Fahrzeuge mit einem entsprechenden Umrüstsatz zu überschaubaren Kosten auf Kaisermotoren umzurüsten. Auch dies würde enorm dazu beitragen, die Verunreinigung der Atmsphäre schnell reduzieren zu können.

Claims

Funktionsprinzip von Kraftmaschinen zur Erzeugung einer technisch nutzbaren Drehbewegung zur Verwendung als Antrieb für Arbeitsmaschinen und Fahrzeuge. Das Funktionsprinzip wird nach der Bewegungsart der Verdrängerelemente benannt, es handelt sich um das Schleudersegmentprinzip. Die Drehbewegung wird durch in Laufbahnen oszillierende Verdrängerelemente erzeugt. Es sind zwei oder mehr Laufbahnen notwendig. Die Verdrängerelemente werden abwechselnd beidseitig mit Kraft beaufschlagt und erzeugen dadurch oszillierende Bewegungen, welche als Vor- und Rückbewegung in winkelgleichen Kreissegmenten ablaufen. Die Verdrängerelement oszillieren dabei um den Mittelpunkt der Laufbahn, in der sie bewegt werden. Jedes Verdrängerelement unterteilt die Laufbahn, in der es läuft in zwei Zylinder. Die Bewegungen werden an beiden Enden der Drehachse der Verdrängerelemente durch einseitig wirkende Mitnehmerscheiben auf zwei Wellen (Oszillationswandlereinheiten) übertragen. Eine dieser Wellen nimmt die Vor-, die andere die Rückbewegung der Verdrängerelemente auf. So werden die gegenläufigen Drehbewegungen der oszillierenden Verdrängerelemente getrennt. In diese Wellen werden die Drehbewegungen aller Verdrängerelemente eingeleitet. Die Verdrängerelemente bewegen sich mit einer Phasenverschiebung von 50 Prozent zueinander, wodurch sichergestellt ist, dass zu jeder Phase der Krafterzeugung eine Krafteinleitung in die Wellen erfolgt. Dadurch wird an beiden Wellen eine gleichmäßige Drehbewegung erzeugt, welche noch gegenläufig sind. Beide Wellen leiten ihre Drehbewegung nun in eine dritte, gemeinsame Abtriebswelle ein, wobei die Drehrichtung einer der beiden ersten Wellen noch durch ein zusätzliches Zwischenrad umgekehrt wird. So liegen nun aus beiden Wellen gleichgerichtete Drehbewegungen zum Abtrieb in die dritte Welle vor und treiben dies an. An den Enden dieser dritten Welle steht dann die technisch nutzbare Drehbewegung zur weiteren externen Verwendung zur Verfügung.
Verdrängerelement einer nach dem Funktionsprinzip aus Patentanspruch 1 funktionierenden Kraft oder Arbeitsmaschine, welches am Umfang seiner Längsachse eine entsprechend große Ausgleichsmasse aufweisen kann, um den bei der oszillierenden Drehbewegung auftretenden Fliehkräften entgegenzuwirken und so die Vibrationen des Motors zu eleminieren. Die Ausgleichsmasse kann aus dem Grundmaterial des Verdrängerelementes bestehen, oder als Körper eines anderen Materials als Einlage in oder an das Verdrängerelement angebracht sein. Das Verdrängerelement hat die Form eines Kreissegmentes mit beliebigem Winkel.
Oszillationswandlereinheit zur Ausleitung und Umwandlung der oszillierenden, segmentartigen Drehbewegungen innerhalb von Kraftmaschinen, welche nach dem Funktionsprinzip aus Patentanspruch 1 wirken. Die Oszillationswandlereinheit wandelt die segmenthaften Drehbewegungen der Verdrängerelemente in gleichmäßige Drehbewegungen um und richtet diese gleich. Sie besteht aus zwei gleichartigen Mitnehmerscheiben, welche jedoch gegenläufig angeordnet sind, sodass beide Bewegungsrichtungen erfasst werden. Jede Mitnehmerscheibe kann nur Drehbewegungen einer Drehrichtung weiterleiten. Die jeweiligen Rückbewegungen vollziehen sich ohne Krafteinleitung in die jeweilige Mitnehmerscheibe. Die jeweiligen Bewegungsrichtungen der Verdrängerelemente werden durch die Mitnehmerscheiben in zwei separate Abtriebswellen eingeleitet. Die Bewegungsphasen der Verdrängerelemente überlagern sich zu 50%, dadurch stellt sich eine durchgehende Drehbewegung an beiden Abtriebswellen ein. Da die Drehrichtungen dieser beiden Wellen noch gegenläufig sind, wird die Drehrichtung einer der beiden Wellen durch ein Zwischenrad noch umgekehrt und anschließend werden beide Drehbewegungen in eine gemeinsame Abtriebswelle eingeleitet. Dort steht die Drehbewegung als Ausgangsleistung der Maschine zur Verfügung.
Ventiltrieb einer fluidbetriebenen Kraftmaschine, welche nach dem Funktionsprinzip aus Patentanspruch 1 funktioniert. Der Ventiltrieb funktioniert durch zwei auf der Rotationsachse des Verdrängerlements angebrachte Zahnräder, welche die Drehbewegungen des Verdrängerlements auf weitere Zahnräder übertragen. Diese wiederum sind direkt mit den Ventilscheiben der jeweiligen Zylinder verbunden und drehen die Ventilscheiben in die jeweils benötigten Stellungen. Die Steuerzeiten der Ventile ergeben sich durch das gewählte Übersetzungsverhältnis des Zahnradtriebs, über die Länge der Strömungskanäle der Ventile, sowie über die Ausprägung der Verzahnung des Zahnradtriebs. Diese Verzahnung kann mehrere Ebenen haben und muss nicht zwingend durchgehen verzahnt sein.
Modulare Auslegung einer Kraft oder Arbeitsmaschine, welche nach dem Funktionsprinzip aus Patentanspruch 1 funktioniert, sodass ein kombinieren einzelner Motormodule zu einer stärkeren Motoreneinheit mit geringen technischen Anpassungen möglich ist. Beide Stirnseiten der Antriebswelle sind mit Übertragungselemente gestaltet, eine Seite als Keilwelle, die andere Seite als dazu passende Keilbuchse ausgeführt. So können mehrere Motor-Module aneinander gesetzt werden und deren Leistung addiert werden.
Startvorrichtung einer Kraftmaschine, welche nach dem Funktionsprinzip aus Anspruch 1 funktioniert, bestehend aus nicht geschlossen ringförmigen Elektromagneten, welche zeitversetzt die Verdrängerelemente durch elekromagnetische Impulse in Bewegung versetzen und so die notwendigen Startbewegungen der Verdrängerelement erzeugen. Beim Betrieb der Kraftmaschine stehen die Anker der Magneten in Neutralstellung in der Mitte seines ihm möglichen Weges.
Die Benennung „Kaisermotor” für Kraftmaschinen, welche nach dem Funktionsprinzip aus Anspruch 1 funktionieren