DE102016007992A1

DE102016007992A1 - Quadrokolben 2

Info

Publication number: DE102016007992A1
Application number: DE102016007992.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2018-01-04

Abstract

Quadrokolben bedeuiten für den Einsatz im Bau von Verbrennungsmotoren einen bedeutenden Fortschritt, da die große Gewichtseinsparung einhergeht mit entsprechender Material- und Kostenreduzierung, sowie geringerem Kraftstoff-Verbrauch und entsprechend verbesserten Abgaswerten. Dennoch müssen die naturgemäß vorhandenen Nachteile mit neuen Ideen überwunden werden.

Description

Aufgrund des Vorbekanntseins durch eine Reihe früherer Anmeldungen war meine Anmeldung „Quadrokolben”, vom 13.12.2011, Aktenzeichen: 10 2011 120 980 A1, nicht patentfähig.; daher habe ich mit Schreiben vom 11.01.2016 meinen Antrag auf Erteilung eines Patents für dieses Az. zurück gezogen.
Dennoch möchte ich mich für den „Quadrokolben” und dessen Verbreitung weiterhin einsetzen, da seine Vorteile, gegenüber den bisher gebräuchlichen Kolben mit einer kreisrunden Kolbenbodenfläche, derart groß sind, daß man sie nicht einfach übersehen oder ignorieren darf.
Vorteile:
Etwa 25% Gewichts- und somit Material- und Kapitalkostenersparnis, bezogen z. B. auf einen 4-Zylinder 4-Takt Reihenmotor und als Folge dessen eine Kraftstoff-Verbrauchsminderung, geringere Abgasbelastung bei sonst gleichen Bedingungen, z. B. in Bezug auf Leistung. Drehmoment, etc. In Anbetracht der gewaltigen Stückzahlen dürfen diese immensen Vorteile nicht außer acht gelassen werden.
Nachteile:
Den Vorteilen stehen naturgemäß auch Nachteile gegenüber. So müssen nicht nur neue Produktionsprozesse gefunden und somit Investitionskosten getätigt werden, es sind auch viele Bauteile, wie z. B. der Zylinderkopf mit seinen Einbauten, als da sind, Zünd- bzw. Glühkerzen, Einspritzdüsen, Ein- und Auslassventile, Nockenwelle samt ihrem Antrieb (falls notwendig, s. weiter unten), wie auch die Zylinderkopfdichtung neu zu konstruieren, was, wie zuvor, mit Kosten verbunden ist. Aber dieser Weg der „Neugestaltung” muß dennoch gegangen werden. Ein weiterer Nachteil eines Quadrats gegenüber einem Kreis ist geometrisch bedingt: Es gibt keine günstigere Form als die eines Kreises, wenn es darum geht, bei gegebenem Flächeninhalt den Umfang des Gebildes zu ermitteln. Beispiel: Gegeben ein Kreisdurchmesser d = 10 cm, dann folgt für den Flächeninhalt: F = 78,535 cm im Quadrat. Für den Umfang gilt: U = d mal „pi” = 31,414 cm. Für ein Quadrat mit dem gleichen Flächeninhalt F = 78,535 cm im Quadrat ergibt sich eine Kantenlänge a von a = 8,862 cm und ein Umfang von U = 4a = 35,448 cm, d. h. der Umfang dieses Quadrats ist etwa 12% bis 13% länger als der dieses Kreises. Das bedeutet, der Quadrokolben ist in Bezug auf die Reibung des Kolbens im Zylinder schlechter als die bisherigen Kolben mit kreisförmigen Kolbenböden. Aus den an Nachteilen genannten Punkten folgt, daß bei der Entwicklung und Konstruktion von Motoren mit Quadrokolben diesen Nachteilen ein besonderes Augenmerk geschuldet ist. Die Nachteile abzuarbeiten, ist lösbar, wenn die notwendigen Investitionsmittel für die Neukonstruktionen zur Verfügung stehen. Im Übrigen ist der Andersartigkeit der Quadrokolben gegenüber den bis heute verwendeten und milliardenfach durchaus bewährt habenden Kolben mit kreisförmigen Kolbenböden viel Aufmerksamkeit zu geben, um mit neuen Ideen die genannten (und vielleicht noch auftretenden anderen) Nachteile auszugleichen, damit die immensen Vorteile der Quadrokolben zum Tragen kommen.
Einen entscheidenden Unterschied der beiden Kolben- und Zylinderformen dürfte es bei der Gemischbereitung oberhalb des Kolbens im Verbrennungsraum geben; die Strömungsverhältnisse von Kreis und Quadrat lassen Andersartigkeit vermuten. In einem Artikel – als „Anlage 1” dieser Anmeldung beigefügt – der „Frankfurter Allgemeine Zeitung" „Mehr als heiße Luft im Motor" vom 24.04.2012 auf der Seite T 4 wird im untersten Absatz der linken Spalte sowie weiterführend in der rechten Spalte oben wird von der „ETH” Zürich berichtet, daß gezieltes Abschalten des Einlasskanals zu einer saubereren Verbrennung und damit zu weniger „Dieselruß” führt. In diesem Zusammenhang sei das mir am 14.09.2000 erteilte Patent mit dem Aktenzeichen: DE 198 05 009 C2 erwähnt, dort heißt es in der Beschreibung in der Spalte 2, in den Zeilen 23 ff: „Aufgrund der elektrischen und/oder der hydraulischen Ansteuerung können Auslassöffnungen der einzelnen Brennkammern unabhängig von einander gezielt geschlossen oder geöffnet werden. Insbesondere kann auf eine herkömmliche mechanische Kopplung wie Nockenwelle zum Ansteuern von Ventilen zum Öffnen oder Schließen der Auslassöffnungen bzw. der Einlassöffnungen verzichtet werden.”
Ebenso erinnere ich an meine Anmeldung „Wirbelring” vom 22.04.2014, Aktenzeichen: DE 10 2014 005 843.3 – das Deckblatt dieser Anmeldung ist als „Anlage 2” dieser Anmeldung beigefügt; der eigentliche Wirbelring ist als Teil 4 gekennzeichnet –; dieser Wirbelring soll den Zweck erfüllen, ein gutes Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen. In dem gleichen oben erwähnten Artikel: „Mehr als heiße Luft im Motor” – s. „Anlage 1” – heißt es in der rechten Spalte weiter unten, etwa in der Mitte von „Helge Degeförde vom Karlsruher Institut für Technologie” ,,,, ”Laborversuche zeigen, daß ein Einbau der Einspritzdüse in der Nähe der Zündkerze und eine Entdrosselung des Motors Abhilfe schaffen” (gemeint sind, s. einige Zeilen weiter oben, „deutlich weniger Rußpartikel”). Auch hier, bezüglich der Nähe von Einspritzdüse und Zündkerze, sei an meine Anmeldung: „Einspritzdüse, Prallplatte(en), und kombinierte Einspritzdüse-Zündkerze und/oder -Glühkerze” vom 30.12.2010, Aktenzeichen: DE 10 2010 032 557 A1 , insbesondere an die 7a, – als. „Anlage 3” mit eigener Bezugszeichenliste auf der Rückseite, ohne die Teile 4, 5.6 und 14, 15, 16” – dieser Anmeldung beigefügt, erinnert.
Aus den vorgenannten Gründen der Andersartigkeit gehe ich noch einmal auf den Unterschied der Kolbenböden ein, einerseits ein Kreis, andererseits ein Quadrat, mit gerundeten Ecken. Geht man z. B. davon aus, daß die Einspritzdüse mittig angeordnet ist, was mit allergrößter Wahrscheinlichkeit der Fall sein dürfte, dann ist der Weg der eingespritzten Kraftstofftröpfchen bis zur Peripherie des Kreises gleich weit. Bei einem Quadrat ist das nicht so. Der Weg bis in die „Ecken”, – die gerundeten „Ecken” sollen außer Betracht bleiben, – ist weiter als bis zu den Kanten. Nach „Pythagoras” gilt für ein rechtwinkeliges Dreieck, daß das Quadrat über der Hypotenuse gleich ist der Summe der beiden Quadrate über den beiden Katheten – s. 1 – es ist: z zum Quadrat = x zum Quadrat + y zum Quadrat, und weiter, da x = y (= a/2): wird z = Wurzel aus 2 mal x, bzw. z = Wurzel aus 2 mal a/2, und damit z = 1,414 mal a/2. Während der Abstand von Mitte Quadrokolben bis zu den Kanten = a/2 beträgt, ist er bis in die „Ecken” um den Betrag 1,414 größer. Die mittig eingespritzten Kraftstofftröpfchen hätten unterschiedlich weite Wege. Einerseits bis zu den Kanten: = a/2, andererseits bis in die „Ecken” = 1,414 mal a/2.
Daher wird hiermit vorgeschlagen, eine Doppel-Einspritzdüse mit einem äußeren Einspritzrohr und Düsen, die auf die entfernteren „Ecken” abzielen, und einem inneren Einspritzrohr mit Düsen, die auf die näher gelegenen Seiten des Quadrats ausgerichtet sind, einzuführen. Konstruktiv muß diese Doppel-Einspritzdüse durchgebildet werden sowie die jeweilige Ansteuerung der beiden Teile entwickelt werden. Das äußere Düsenrohr ist dabei früher zu beaufschlagen als das innere. Es sind auch zwei separat arbeitende Einzel-Einspritzdüsen vorstellbar, wenn die Platzverhältnisse im Zylinderkopf das gestatten. Die unterschiedliche Ansteuerung bliebe jedoch bestehen. Die Zeiten für beide Düsen-Einspritzrohre, bzw. für die beiden separaten Einspritzdüsen sind sehr genau festlegbar, damit alle Kraftstofftröpfchen gleichzeitig „ankommen” und gleichzeitig zur Zündung gebracht werden.
Beispiel:
Bei einer Motordrehzahl von z. B. 3000 Umdrehungen pro Minute eines, z. B. 4-Zylinder, 4-Takt Reihenmotors bedeutet das 50 Umdr./s., bzw. 25 Zündungen/s. Von einer zur nächsten Einspritzung und Zündung in einem Zylinder vergehen 1/25 s = 0,04 s. Dabei soll das äußere Einspritzrohr mit seinen Düsen um den Faktor: (a/2 geteilt durch a/2 mal 1,414) mal 0,04 = 0,7072 mal 0,04 = 0,02828 s, also um 0,04 – 0,02828 = 0,01172 s früher angesteuert werden als das innere Düseneinspritzrohr mit seinen Düsen. In allen 4 Zylindern dieses Motors herrschen gleiche Verhältnisse, d. h. in jedem dieser 4 Zylinder wird jede 0,04. s eine Zündung eingeleitet; allerdings arbeiten die 4 Zylinder zusammen, derart, daß jede 0,01. s in einem der 4 Zylinder nach einander gezündet wird, und zwar so, daß in jedem Zylinder das jeweils äußere Düseneinspritzrohr um 0,01172 s früher angesteuert wird, als das innere Düseneinspritzrohr.
Bei anderen Motordrehzahlen ändern sich naturgemäß die Einspritzzeiten, aber die Verhältniszahlen ändern sich nicht. Wegen der abgerundeten „Ecken” konnte der Wert: Wurzel aus 2 z. B. mit 1,41 angenommen werden, und damit die frühere Einspritzung des äußeren Düseneinspritzrohrs etwas weniger früh gegenüber dem inneren Düseneinspritzrohrs stattfinden. Versuche mögen Aufschluß über den richtigen früheren Zeitpunkt liefern. Es ist davon auszugehen, daß bei gleichzeitiger Zündung über die gesamte Kolbenbodenfläche die Erwärmung des Kolbenbodens gleichmäßig ist, was vermutlich anzustreben sein sollte.
Neben der veränderten Einspritzverhältnisse gegenüber heutigen Motoren mit Kolben, die eine kreisförmige Kolbenbodenfläche besitzen, dürfte eine besondere Aufmerksamkeit auf die andersartigen Kolbenringe zu richten sein. Die Aufgabenstellung der Kolbenringe ist die gleiche wie bisher.
1. Abdichtung des Verbrennungsraums.
Verhinderung des Gasdurchtritts in den Kurbelraum; Abdichtung zum Kurbelraum hin und damit auch Verhinderung des Öldurchtritts in den Verbrennungsraum.
2. Ölabstreifen.
Der (meist) dritte Kolbenring, von oben, vom Kolbenboden aus gesehen, ist im allgemeinen als Ölabstreifring ausgebildet, aber auch der zweite. Ring von oben ist neben Verdichtungsring gleichzeitig auch Ölabstreifring. Die Kolbenringe müssen eine bestimmte Schmierfilmdicke auf der Zylinderwand sicherstellen und für eine gleichmäßige Ölverteilung auf der Zylinderwand sorgen. Der richtigen Ölversorgung auf der Zylinderwand gilt es, gerecht zu werden. Hierzu s. Seite 2, oben, die ersten Zeilen; und s. „Anlage 4” „Frankfurter Allgemeine Zeitung", Seite T 4: „Von der Kröte abgekupfert."
3. Wärmeableitung.
Der oberste Kolbenring (Verdichtungsring), vom Kolbenboden aus gesehen, leitet etwa 55% der Wärme vom Kolben an die Zylinderwand; der zweite Kolbenring ca. 30% und der dritte Ring, der Ölabstreifring ca. 15%. Zu den Besonderheiten bei Quadrokolben s. weiter unten Außerdem üben Kolbenringe eine Stabilisierung der Kolbenbewegung aus, verhindern Kolbenkippen. Schließlich soll der Reibwiderstand gering, die Verschleißfestigkeit hoch sein, auch gegen thermische und chemische Einflüsse. Sie sollen Zylinderverschleiß minimieren und selbst eine möglichst hohe Lebensdauer erreichen.
Für die unterschiedlichsten Einsatzfälle haben sich viele spezielle Kolbenringformen entwickelt mit ebenso unterschiedlichen Werkstoffen und z. T. speziellen Oberflächenbeschichtungen. Diese Erfahrungen sollen erhalten bleiben.
Jedoch bringt die quadratische Kolbenbodenform zwangsläufig Änderungen für die Kolbenringe gegenüber den bisherigen mit kreisförmigen Kolbenbodenformen mit sich. Die Temperatur bedingte Wärmeausdehnung der Kolbenringe erfordert veränderte Gestaltung. So dürften Kolbenringe mit 1 Stoß, so wie bisher, oder mit 2 Stößen eher nicht infrage kommen, selbst, wenn man Sonderkonstruktionen einsetzt, wie z. B. in 5 zu sehen, oder ähnliche, wobei veränderte Ringquerschnitte, die Ausdehnung ausgleichen sollen. Solche oder ähnliche Kolbenringe könnten ggf. per 3-D-Druck hergestellt und außerdem ggf. direkt in die Kolbennut hinein gedruckt werden.
Am ehesten jedoch wird man bevorzugt auf 4 – geteilte Ringe (s. 6a, und 6b) zurückgreifen müssen, jedoch bevorzugt mit geraden Stößen. Die Ringstöße stellen eine Undichtigkeitsstelle dar, der man in besonderer Weise gerecht werden muß, etwa in der Art, wie in 7 dargestellt, mit Hilfe einer „Manschette”, innerhalb derer der Kolbenring so geformt ist, daß er sich ausdehnen oder zusammenziehen kann. Dafür muß der Kolbenring Ausnehmungen zur Aufnahme der „Manschette” aufweisen. Gerade Stöße bedingen eine kürzere „Manschette” und wären daher wahrscheinlich vorteilhafter, es sei denn, daß schräge Stöße anderweilige Vorteile brächten; Versuche könnten gute Ergebnisse liefern.
Spezielle zur Wärmeabfuhr an den „Kolbenecken”, falls diese sich als Wärmenester erweisen sollten, dienende Möglichkeiten könnten z. B. Maßnahmen sein, wie in 8 dargestellt, d. h. man würde den obersten Kolbenring an den „Ecken” des Kolbens „hochziehen”, aber es sollte keine direkte Verbindung zwischen dem Kolbenring und dem „Eckstück” bestehen, wegen der Ausdehnungsmöglichkeit des Kolbenrings selbst.
Eine weitere, hilfreiche Möglichkeit zur Wärmeabfuhr, gerade im Bereich des Kolbenbodens, könnte, wie in 10 dargestellt, ein im Zylinder angeordneter „Wärmeableitungsring” sein; – Auf der Seite 2, dieser Beschreibung, zu Beginn des unteren Seitendrittels, wurde dieser Ring schon einmal erwähnt, als „Wirbelring”, Teil 4, meiner Anmeldung vom 22.04.2014, Aktenzeichen: DE 10 2014 005 843.3 , s. „Anlage 2” Bei gleichzeitiger Anwendung dieses Ringes und dem zuvor erwähnten „Eckstück” ist darauf zu achten, daß ein Spalt zwischen diesen beiden Teilen für alle Situationen gewährleistet ist, damit es nicht zu einer metallischen Berührung kommt.
Um den Zusammenhalt wie auch die Ausdehnung bei Erwärmung bzw. das Zusammenziehen bei Erkalten der z. B. 4-Kolbenringteile zu gewährleisten, könnte, wie z. B. in 9 zu sehen, ein geformter Federstahldraht, durch jeweils eine Öse der benachbarten Kolbenringteile gezogen, dienen. Andere Maßnahmen sind vorstellbar.
Grundsätzlich könnte von der strengen Quadroform abgewichen erden und eine, zwei oder ggf. alle vier Kanten des Quadrats durch einen, wie auch immer gestalteten Bogen, – s. 11, über der schraffierten Fläche – ersetzt werden. Werden z. B., wie in 11 nicht nur die obere Kante, sondern z. B. die obere und die untere Kante durch einen Bogen ersetzt, dann ergäbe sich der doppelte Flächengewinn der schraffierten Fläche, allerdings würde sich die Motorbreite um das zweifache Maß dieser Bogenhöhe verbreitern. Um die die gleiche Flächengröße wie zuvor zu behalten, könnte das Maß a für die Kantenlänge des Quadrokolbens oben und unten unter bzw. über dem Bogen etwas verkleinert werden. Als Ergebnis hätte man dann etwa die gleiche Größe an Gewichtseinsparung, etc, wie zuvor.
Die oben erwähnte Kraftstoff-Luft-Gemischbereitung, – s. Seite 2 zu Beginn des zweiten Drittels der Seite – läßt sich ggf. durch Gestaltung des Kolbenbodens eines Quadrokolbens verbessern, z. B. dadurch, daß Vertiefungen und/oder Erhöhungen in Teilbereichen oder in Gänze vorgenommen werden.
Die veränderten Verhältnisse in Bezug auf die Reibung zwischen Quadrokolben und Quadrozylinder s. dazu ebenfalls auf Seite 2, die ersten Zeilen, – zwingen dazu, hierauf ein besonderes Augenmerk zu richten, – s. „Anlage 4”
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorgelegten Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen und aus den im Folgenden beschriebenen und dargestellten Zeichnungen.
Es zeigen:
1 die Draufsicht auf den Kolbenboden eines Quadrokolben
2 die schematische Darstellung einer Doppel-Einspritzdüse
3 die schematische Darstellung des äußeren Doppel-Einspritzdüsenteils mit den Einspritzstrahlen
4 die schematische Darstellung des inneren Doppel-Einspritzdüsentels mit den Einspritzstrahlen
5 einen speziellen Kolbenring
6a und 6b jeweils schematische unterschiedlich gestaltete Kolbenringausführungen
7a und 7b eine „Manschette” für einen Kolbenringstoß
8a und 8b eine Quadrokolbenecke und ein „Eckstück (8b)
9a und 9b einen Kolbenringstoß mit einem Federstahldraht
10 einen Quadrokolben mit einem Kolbenring, einem Eckstück und einem Wärmeableitring
11 die schematische Darstellung eines Kolbenringes aus zwei in diesem Fall gleichen Teilen.
12 die schematische Darstellung eines zweigeteilten Kolbenringes mit geraden Stößen
1 zeigt die Draufsicht auf den Kolbenboden eines Quadrokolbens 1 mit gerundeten „Ecken”, mit der Kantenlänge a mit dem nach „Pythagoras” dargestellten rechtwinkeligen Dreieck, wobei die gerundete „Ecke” ignoriert und das Dreieck bis zur Spitze dargestellt ist, und mit den Seiten z als Hypotenuse sowie den beiden Katheten x und y. 1 zeigt auch, daß der Weg von der Mitte des Quadrokolbenbodens 1 bis zu den Kannten a kürzer ausfällt als von der Mitte bis zu den „Ecken”.
2 zeigt die Doppel-Einspritzdüse 2 mit ihren beiden separaten Teil-Einspritzdüsen 2.1 sowie 2.2. Die Doppel-Einspritzdüse 2 ist mittig über dem Quadrokolbenboden 1 angeordnet, ihre jeweiligen Einspritzstrahlen erreichen gleichzeitig ihr Ziel, da die beiden Teil-Einspritzdüsen zu unterschiedlichen Zeitpunkten angesteuert werden d. h. die äußere Teil-Einspritzdüse 2.2 wird um den Zeitteil früher angesteuert, die die Einspritzstrahltröpfchen aufgrund des weiteren Weges brauchen, um ihr Ziel zu erreichen. Die innere Teil-Einspritzdüse 2.1 wird um den entsprechenden Zeitteil später angesteuert, da der Weg, den die von ihr ausgesendeten Kraftstofftröpchen zurück zu legen haben, entsprechend kürzer ausfällt. Die Zeitunterschiede, zu dem die beiden Teil-Einspritzdüsen 2.2 und 2.1 angesteuert werden, ist von der Motordrehzahl abhängig. Im Textteil wurden die unterschiedlichen Ansteuerzeiten dargestellt. Bei einer z. B. Verdoppelung der Motordrehzahl gegenüber dieser Darstellung halbieren sich die Ansteuerzeiten; dagegen verdoppeln sich die Ansteuerzeiten, wenn die Motordrehzahl sich gegenüber der dargelegten Berechnung halbiert.
3 zeigt die mittige Anordnung der äußeren Teil-Einspritzdüse 2.2 mit den von ihr ausgesendeten Kraftstoffstrahltröpfchen auf ihrem längeren Weg bis an die Quadrokolben ”ecken”.
4 zeigt ein ähnliches Bild, jedoch mit der inneren Teil-Einspritzdüse 2.1 und den Kraftdtoffstrahltröpfchen auf ihrem kürzeren Weg zu den Quadrokolbenkannten.
5 zeigt einen speziellen Kolbenring 3 mit Ausnehmungen in einer Kolbenringnut des Quadrokolbens 1, und dem angrenzenden Qudrozylinder 8. Der Kolbenring 3, ist auch im Schnitt A-B zu sehen. Auf die Kolbenringe 3 muß beim Einsatz von Quadrokolben 1 ein besonderes Augenmerk gerichtet werden, da ein Quadrat etwas völlig anderes ist als ein Kreis. Zum einen ist bereits die Umfangslinie länger, zum anderen bestehen andere Krümmungsverhmitältnisse dieser Umfangslinie, die alle bei der Erwärmung des Quadrokolbens 1 und damit auch der Kolbenringe 3 eine Rolle spielen. Der in 5 dargestellte spezielle Kolbenring 3 soll mit seinen Ausnehmungen bei der Erwärmung den Längenausgleich kompensieren. Ob das gelingt und ob ein solcher Kolbenring 3 als einteiliger Kolbenring, wie bisher bei Kolben mit kreisförmigen Kolbenböden, gestaltet sein kann, dürfte Fragen aufwerfen; ggf. könnte es gelingen, einen solchen Kolbenring 3 mithilfe eines 3-D Druckers herzustellen, ihn evtl. sogar in die Kolbenringnut direkt hinein zu drucken, so daß für den Kolbenring 3 kein Streß beim Aufziehen in die Kolbenringnut entsteht. Anstelle des hier in 5 dargestellten Kolbenringes 3 sind andere Ausführungsformen denkbar, wichtig ist, daß die Wärmeausdehnung der Kolbenringe einwandfrei gelingt. Wahrscheinlich ist das bei der quadratischen Form der Quadrokolben mit einteiligen Kolbenringen nicht möglich, sodaß mehrteilige Kolbenringe in Betracht zu ziehen sind.
6 zeigt in den Ausführungen 6a und 6b schematisch die unterschiedliche Gestaltung von 4-teiligen Kolbenringen – Natürlich ergibt sich die Frage, ob nicht auch 2-teilige oder evtl. sogar 3-teilige Kolbenringe zielführend sein könnten bei der Wärmeausdehnung. Das mag bei entsprechender Gestaltung der Kolbenringe der Fall sein; aber es ist zu vermuten, daß Unsicherheiten bleiben.
7 zeigt in zwei Teilen, in 7a und in einem „Schnitt C-D” in 7b jeweils eine „Manschette” 5, die an der Stelle eingesetzt ist, an der ein Kolbenringstoß des oder der Kolbenrings(e) 3 sichtbar wird. In 7a ist die Kolbennut in dem Quadrokolben 1 mit der eingelegten „Manschette” 5 zu sehen, wie auch ein kleiner Teil des Qudrozylinders 8. An der Stelle, an der die „Manschette” 5 in die Kolbennut eingelegt ist, könnten kleine Ausnehmungen in Längsrichtung der Kolbenringnut, zu beiden Seiten der „Manschette” 5 für eine Stabilisierung in der Kolbenringnut sorgen. Gerade Stöße der Kolbenringe 3 haben eine kürzere „Manschette” 5 zur Folge. An jedem Kolbenringstoß entsteht ohne eine solche „Manschette” 5 zwangsläufig eine gewisse Undichtigkeit, was der eigentlichen Aufgabe der Kolbenringe, nämlich, den Brennraum gegen den Kurbelraum abzudichten, entgegenläuft. Eine „Manschette” 5 ist da äußerst hilfreich, insbesondere bei 4-geteilten Kolbenringen 3. Diese, 4-geteilten Kolbenringe 3, wiederum erscheinen in Bezug auf die Ausdehnung der Kolbenringe 3 bei Erwärmung bestimmt am besten geeignet zu sein. In der 7b ist durch den Schnitt C-D zu sehen, wie die „Manschette” 5 sich um den Kolbenring 3 legt. Die Kolbenringenden, sollten im Bereich des Stoßes an ihrer Ober- und Unterseite, also an den Stellen, an denen die „Manschette” 5 den Stoß überdeckt, jeweils abgeflacht sein, damit sie sich frei ausdehnen oder bei Abkühlung zusammenzeihen können.
8 ist ebenfalls zweigeteilt in 8a und in 8b. Die 8a gibt einen Blick auf den Kolbenboden 1 eines Quadrokolbens 1 mit gerundeten „Ecken” 8b gibt die Ansicht U, den Blick auf die Quadrokolben”ecke” wider mit dem Quadrokolben 1 bzw. mit dem Quadrokolbenboden 1, der im Kolben angebrachten Kolbennut für den Kolbenring 3 sowie dem Eckstück 6, das oberhalb des Kolbenringes, ohne eine Verbindung mit ihm zu haben, zur verbesserten Wärmeableitung angeordnet ist. Es könnte sein, daß sich die gerundeten „Ecken” eines Quadrikolbens als Wärmenester erweisen, da könnte das Eckstück 6 Abhilfe leisten
9 wiederum zweigeteilt zeigt in 9a den Stoß zweier Kolbenringteile 3, 9b zeigt den Schnitt E-F und in ihm wie die beiden Kolbenringenden 3 mit einem Federstahldraht 4, der s-förmig gebogen im offenen Stoßbereich liegt, und auf diese Weise einerseits die Kolbenring-Stücke 3 zusammenhält und andererseits in der Lage ist, der Ausdehnung Raum zu geben. Statt eines Federstahldrahtes wäre ein Federstahlband wohl ebenso geeignet oder eine ähnliche Verbindung oder ein anderes geeignetes Material. Statt der S-Form des Federstahldrahtes wäre eine Spirale, oder eine oder mehrere Windungen denkbar oder etwas Ähnliches. In diesem Fall, einen Federstahldraht zu verwenden, hat das den Vorteil, daß dieser Draht durch die in den Kolbenringenden als schwarze Punkte zu sehende Ösen gezogen ist. So kann auf einfache Weise eine Öffnung dieser Verbindung z. B. zum Einlegen des geteilten Kolbenringes 3 in die Kolbenringnut erfolgen, während andererseits die vier kolbenringteile 3 zu einer Einheit zusammen gehalten werden. In gleicher Weise ist bei der Gestaltung der anderen Kolbenringe, die dem oberen Kolbenring folgen, und auch beim Ölabstreifring vorzugehen.
10 zeigt den Quadrokolben 1, den Kolbenring 3, das Eckstück 6 den Quadrozylinder 8 sowie den Wärmeableitring 7. Dieser Wärmeableitring 7 wird in der „Anlage 2” als Teil 4 und als „Wirbelring” genannt. Diese Funktion könnte auch in diesem Fall eine Rolle spielen, aber gedacht ist er hier als Wärme ableitendes Element. In einem Quadrozylinder herrschen sicher andere Verhältnisse als in bisher gebräuchlichen; die Wärmeabfuhr dürfte in diesem Fall wichtig sein. Besonders zu beachten ist allerdings, daß zwischen den beiden Teilen 6 und 7 unter allen Betriebsbedingungen ein Spalt erhalten bleibt, sodaß es in keinem Fall zu einer direkten Berührung kommen kann
11 zeigt die sachematische Darstellung eines Kolbenringes aus zwei in diesem Fall gleichen Teilen, die zurückliegenden Kolbenringstöße könnten allerdings auch an einem der beiden Teile angebracht sein, sodaß zwei ungleiche „Halbringe” das Ergebnis wären. Die schraffiert dargestellte Bogenfläche, die unten ebenfalls vorhanden sein könnte, wie ggf. an allen vier Seiten, stellt eine Alternative zum „reinen Quadrokolben” dar und könnte für die Kolbenringe 3 bei der durch Erwärmung bedingten Ausdehnung ggf. vorteilhaft sein. Bei Abweichen von der reinen Quadroform könnte demnach durch einen, wie auch immer gestalteten, Bogen, wie z. B. in 11 zu sehen, die zusätzlich schraffiert dargestellte Fläche entstehen, die, wenn ein solcher Bogen auch an der gegenüber liegenden Seite gewählt würde, ein weiterer Flächengewinn zu verzeichnen wäre, der allerdings die Motorbreite um das doppelte Maß dieser Bogenhöhe gegnüber dem mit „reinen Quadrokolben” bestückten Motor verbreitern würde. Um die gleiche Flächengröße wie zu vor zu behalten, könnte das Maß a für die Kantenlänge des Quadrokolbens oben und unten unter bzw. über dem Bogenetwas verkleinert werden, sodaß damit die Länge des Motors gegenüber dem Motor mit „reinen Quadrokolben” kleiner ausfiele. Als Ergebnis hätte man dann die gleiche Größe an Gewichtseinsparung etc., wie zuvor.
12 zeigt in schematischer Darstellung einen zweigeteilten Kolbenring mit geraden Stößen, die so gestaltet sind, daß zwei gleiche „Halbringe” entstehen. Die Kolbenringstöße könnten auch so gewählt werden, daß ungleiche Teile entstehen.
Bezugszeichenliste

1: Quadrokolben bzw. Quadrokolbenboden
2: Doppel-Einspritzdüse mit den beiden Teilen, 2.1 für den ferner gelegenen Bereich und 2.2 für den Nahbereich
3: Quadrokolbenring bzw. Quadrokolbenringteile
4: Federstahldraht
5: „Manschette” für Kolbenring 3 bzw. für Kolbenringstoß
6: Eckstück
7: Wärmeableitring
8: Quadrozylinder

4 Anlagen

Anlage 1: – „FAZ" vom 24. April 2012, Seite T4 „Mehr als heiße Luft im Motor"
Anlage 2: Offenlegungsschrift Aktenzeichen: 10 2014 005 843.3: „Wirbelring”
Anlage 3: Kombinierte Einspritzdüse-Zündkerze, 7a aus Aktenzeichen 10 2009 021 625.1
Anlage 4: „FAZ" vom 14. Juni 2016, Seite T4 „Von der Kröte abgekupfert"

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19805009 C2 [0005]
DE 102014005843 [0006, 0019]
DE 102010032557 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„Frankfurter Allgemeine Zeitung” „Mehr als heiße Luft im Motor” vom 24.04.2012 auf der Seite T 4 [0005]
„Frankfurter Allgemeine Zeitung”, Seite T 4: „Von der Kröte abgekupfert.” [0013]
„FAZ” vom 24. April 2012, Seite T4 „Mehr als heiße Luft im Motor” [0049]
„FAZ” vom 14. Juni 2016, Seite T4 „Von der Kröte abgekupfert” [0049]

Claims

Quadrokolben bedeuten im Einsatz beim Bau von Verbrennungsmotoren einen gewaltigen Fortschritt in Bezug auf Gewichtseinsparung, z. B. bei einem 4-Zylinder, 4-Takt Reihenmotor ca. 20%, damit einhergehend entsprechende Material- und Kostenreduzierung sowie Verbrauchsminderung und Verbesserung der Abgaswerte. Allerdings bestehen naturgemäß Nachteile gegenüber den bisher sich milliardenfach bewährt habenden Kolben mit kreisförmigen Kolbenbodenformen. Diese Nachteile mit neuen Ideen zu überwinden und damit in Vorteile zu verwandeln ist Aufgabe und Bestandteil dieser Anmeldung Das soll geschehen z. B. u. a. durch Maßnahmen zur Kraftstoff-Luft-Gemisch-Aufbereitung, gekennzeichnet dadurch, – daß eine Doppel-Einspritzdüse (2), mit ihren beiden Teilen (2.1) zur Kraftstoffversorgung der entfernter gelegenen Bereiche des Brennraums und (2.2) für die Kraftstoffversorgung des Nahbereichs zum Einsatz kommt, – daß diese Doppel-Einspritzdüse (2) auch ersetzbar ist durch zwei einzelne Einspritzdüsen, die jeweils für sich auch einen der erwähnten Brennräume versorgen, – daß die beiden Teile der Doppel-Einspritzdüse (2), (2.1) und (2.2) bzw. die beiden einzelnen Einspritzdüsen nach einander in einem genau bestimmten Zeitabstand angesteuert werden, und zwar so, daß die Teil-Einspritzdüse (2.1) bzw. die Einzel-Einspritzdüse für den entfernteren Brennraumbereich zuerst beaufschlagt werden und erst danach in dem dafür berechneten Zeitabstand die Teil-Einspritzdüse (2.2) bzw. die andere Einzel-Einspritzdüse. – daß die Oberfläche des Kolbenbodens (1) ggf. eine besondere Gestaltung durch Vertiefungen und/oder Erhöhungen erfährt, – daß durch Verwendung von Quadrokolben die Baumaße für Länge und Breite des Motors geringer ausfallen als bei der herkömmlichen Bauart, – daß hierdurch bedingt eine Gewichts- und damit Material- sowie Kostenreduzierung eintritt, – daß als Folge dessen ein geringerer Kraftstoffverbrauch und damit verbesserte Abgaswerte zu erwarten sind, – daß die Verringerung der Motorbaumaße auch eine Reduzierung der Maße für den Zylinderkopf mit seinen Einbauten, wie für die Zylinderkopfdichtung, die Kolbenbolzen, die Kurbelwelle und die Ölwanne bedeuten und daher ebenfalls zu weiteren Gewichtsreduzierungen führt, – daß durch die Verwendung von Quadrokolben die Kolbenringe (3) eine besondere Gestaltung erfahren, wobei die bisherigen Erfahrungen mit z. B. speziellen Kolbenringkonturen erhalten bleiben sollen, daß aufgrund der ungünstigeren Reibungsverhältnisse zwischen Quadrokolben (1) und Quadrozylinderwand (8) das Augenmerk darauf zu richten ist.
Quadrokolben 2 nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, – daß die Kolbenringe (3) einteilig, zweiteilig, dreiteilig oder vierteilig ausgeführt sein können, – daß die Form der Kolbenringe (3) eine besondere Gestalt annehmen kann, wie z. B. in 5 dargestellt, die Ausnehmungen können ebenso eine andere Gestalt annehmen, wichtig ist, daß die Ausnehmungen den vor allem Längenausgleich bei Erwärmung in genügender Weise gestatten, – daß die Form der Kolbenringe (3) ggf. mithilfe eines 3-D-Druckers erstellt wird, – daß der 3-D-Drucker den Kolbenring (3) ggf. direkt in die Kolbennut des Quadrokolbens (1) hinein druckt, – daß die ggf. Undichtigkeit im Bereich der Kolbenringstöße durch den Einbau einer „Manschette” (5) verbessert werden kann, – daß der Einbau der „Manschette” (5) in die Kolbenringnut durch seitlich kleine Absätze in der Nut stabilisiert wird, – daß der Kolbenring (3) an den „Ecken” des Quadrokolbens (1) „quasi hochgezogen” wird, jedoch durch ein Echstück” (6) „ersetzt” wird, das der Wärmeabfuhr dient, – daß dieses „Eckstück” (6) keine Verbindung zu dem Kolbenring (3) besitzt, – daß ein 4-teiliger Kolbenring (3) der Wärmeausdehnung am besten folgen kann, das Gleiche gilt für das Zusammenziehen beim Erkalten, und daß die „Manschetten” (5) die Undichtigkeit an den Kolbenringstößen in vertretbar geringen Grenzen halten, – daß die 4- bzw. ggf. weniger Kolbenringteile (3) durch einen z. B. Federstahldraht zusammen gehalten werden, – daß dieser z. B. Federstahldraht eine z. B. S-Form zur Längen-Änderungsmöglichkeit erhält, – daß diese ggf. S-Form des z. B. Federstahldrahtes auch durch eine andere Gestalt, z. B. durch eine oder mehrere Windungen oder andere Formen ersetzt werden kann, – daß der S-förmig gebogene z. B. Federstahldraht günstig in den Kolbenringstoß hinein paßt, – daß der Federstahldraht durch ein z. B. Federstahlband, oder eine z. B. Federstahlkordel oder durch ein anderes Gebilde ersetzt sein kann, das oder die ggf. aus einem anderen Material besteht, – daß der z. B. Federstahldraht durch z. B. Ösen, wie in 9 zu sehen, gezogen ist, die sich in den Kolbenringenden (3) befinden, – daß auf diese Weise die Kolbenringteile (3) gut und einfach zu einem Ring zusammen gehalten werden, aber ebenso einfach z. B. zum Einlegen in die Kolbenringnut zu öffnen sind, – daß die Kolbenringstöße gerade oder sich überschneidend gestaltet sein können, wobei die geraden Kolbenringstöße eine kürzere „Manschette” (5) bedingen, – daß statt der Kolbenringösen an den Kolbenringenden ggf Haken oder andere Befestigungsmöglichkeiten angebracht sind, – daß dafür z. B. der Federstahldraht bzw. das Federstahlband oder die Federstahlkordel oder andere mit z. B. Ösen versehen sind.
Qudrokolben 2 nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, – daß beim Abweichen von der „reinen” Quadroform, z. B. durch Ersetzen einer, zweier dreier oder aller vier der geraden Kanten, wie z. B. in 11 zu sehen, eine zusätzliche Fläche unter dem Bogen, schraffiert dargestellt, entsteht. Bei Verwendung z. B. zweier sich gegenüber liegender Bögen entstünde eine zusätzliche Fläche, die das Breitenmaß des Motors vergrößern würde. Wenn gleiche Kolbenflächen erhalten werden sollen, könnte das Maß a für die Kantenlänge etwas kleiner werden, so daß der Motor zwar geringfügig breiter ausfiele, aber andererseits auch kürzer bauen würde; die Gesamtersparnis an Gewicht etc. würde kaum, wenn überhaupt, anders ausfallen
Quadrokolben 2 nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, – daß zur Wärmeabfuhr, insbesondere im Bereich des Kolbenbodens (1) neben dem Eckstück (6) ein Wärmeableitring (7) zum Einsatz kommt, – daß es zwischen diesem Wärmeableitring (7) und dem Echstück (6) niemals zu einer metallischen Berührung kommt, – daß dieser Wärmeableitring (7) gleichzeitig in der Lage ist durch Verwirbelung der Frischluft eine Verbesserung für das Kraftstoff-Luft-Gemisch herzustellen,
Quadrokolben 2 nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, – daß aufgrund der ungünstigeren Reibungsverhältnisse z. B. Maßnahmen für den Quadrokolbenmantel und ggf. ebenso für die Zylinderwand (8) zu ergreifen sind, wie sie in „Anlage 4” beschrieben und von der „Technischen Hochschule” in Aachen erforscht und erprobt worden sind.