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Technisches Fachgebiet
der Erfindung
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Die Erfindung gehört zu den in der Fachliteratur
für Verbrennungsmotoren
so benannten Verbundmotoren oder Compound-Motoren, wie sie hauptsächlich für Flugzeugantriebe
vor dem Erscheinen der Strahltriebwerke konzipiert wurden. Darunter versteht
man, wie die 1 typisch
zeigt, die Koppelung einer Hochdruck-Hubkolbenmaschine HKM mit im Zylinder
erfolgender innerer Verbrennung, mit einer Niederdruck-Gasturbine
GT verbunden über
ein Schaltgetriebe SG, wobei über
beide Maschinen ein einziger Motorkreisprozeß läuft. Diese Anordnung ist ein
konstruktives Mittel, um die beiden sonst unvereinbar scheinenden
Merkmale, wie geringer spezifischer Verbrauch einerseits und niedriges
Leistungsgewicht einer Leichtbaumaschine anderseits innerhalb des
gleichen Gesamtaggregates zu vereinen.
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Dabei wird die Motorgesamtleistung
zum Teil von der Gasturbine und zum Teil von der Hubkolbenmaschine
erzeugt. Der Kreisprozeßzyklus
geht eindirektional über
beide Maschinen. Die Leistungsaufteilung hängt vom Zwischendruck p2L zwischen
beiden Maschinen gemäß 2 und 7 ab, wo ein idealisiertes pv-Diagramm
dargestellt ist, wobei die Zahlenwerte der Erfindung von einem mit
Berücksichtigung
der Temperaturveränderlichkeit
der Stoffwerte berechneten idealen pv-Diagramm stammen.
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Eine erfolgreiche Serienmaschine
dieser Bauart war der Wright R3350-Turbo-Compound-Motor des Flugzeuges Lockheed
Super Constellation der vierziger und fünfziger Jahre und der Prüfstands- Prototyp „Nomad" von Napier von 1945.
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Sämtliche
Turboladermotoren und Motoren mit Kolbenladern unterschiedlichster
Bauarten (von Rootsladern bis Wankelladern) fallen im Gegensatz zu
den Verbundmotoren nicht in das Fachgebiet der Erfindung, weil der
Lader keine Leistung abgibt, sondern im Gegenteil, im Falle von
Kolbenladern, Leistung von der Hubkolbenmaschine aufnimmt. Ebenso wenig
in das Fachgebiet der Erfindung fallen Maschinen mit Kompression
und Expansion in getrennten Kolbenmaschinen und dazwischen liegender
Gleichdruck-Brennkammer,
Sparsamster spezifischer Verbrauch
bis auf 130 g/kWh herunter ist nur bei größten schweren, langsam laufenden
Schiffsmotoren in Kreuzkopf-Bauweise bekannt.
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Die Ursachen dafür sind teilweise hohe Verdichtungsverhältnisse
bis ε =
28:1 und gleichzeitig hohe Verhältnisse
von Hub/Bohrung von bis zu 3:1 , um trotz hohem ε flache ungünstig scheibenförmige Brennräume zu vermeiden.
Dabei explodiert das Leistungsgewicht der Schiffsmaschinen. Im Gegensatz
dazu ist der Verbundmotor ein Konzept, diesen niedrigen Verbrauch
der Schiffsmaschinen mit geringem Gewicht und hohen Drehzahlen zu
realisieren.
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Der bisherige Stand der
Technik der Verbundmotoren
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Es wird zwischen tatsächlich gebauten
Verbundmotoren und ähnlichen
Ideen der Patentliteratur unterschieden:
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A) Vergleich des Standes
der Technik mit tatsächlich gebauten
Verbundmotoren:
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Die 1 zeigt
schematisch den „Nomad"-Flugmotor von Napier
aus dem Jahre 1945, der als gebauter Prototyp am Prüfstand einen
spezifischen Verbrauch bE von 210 g/kWh aufwies.
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Tatsächlich in Serienproduktion
in den vierziger Jahren war der spezifisch sehr sparsame Flugmotor
R-3350-34 von Wright, eingebaut in den Flugzeugtyp „Super
Constellation" von
Lockheed.
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Dabei ist die Gasturbine GT nicht
nur Lader, sondern auch Nutzleistungsmaschine, weil sie wegen der
Getriebekoppelung SG mit dem Hubkolbenmotor HKM wesentlich mehr
Abgasenergie aus dem Hubkolbenmotor umsetzen kann, als zum bloßen Antrieb
des eigenen Kompressors notwendig ist. Die Brennkammer der Gasturbine
wird durch den Hubkolbenmotor ersetzt. Die beiden Einzelmaschinen haben
für sich
allein geringere Druck- und Verdichtungsverhältnisse, was bei der Kolbenmaschine
kurze Hübe,
hohe Drehzahlen und kleine Abmessungen ermöglicht, trotz der Kreisprozeß-Eckdaten eines Hochwirkungsgrad-
Schiffs- Größtmotors.
Zusammen besitzen beide Maschinen trotz hoher Drehzahlen und niedriger
Einzel-Verdichtungsverhältnisse das
hohe Verdichtungsverhältnis
einer langhubigen langsam laufenden schweren Schiffsmaschine. Es gilt: εGes. = εL·εM mit
Index „L" für die Ladergasturbine und
Index „M" für den Hubkolbenmotor.
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2 zeigt
mittels eines idealisierten p,v-Diagrammes den Grund für die Sparsamkeit
plus Leichtigkeit derartiger Maschinen: der Niederdruckteil mit seinen
großen
spezifischen Gasvolumina wird durch die relativ kleine und leichte
Gasturbine abgedeckt, die dank ihrer hohen möglichen Drehzahl ohne große Abmessungen
haben zu müssen,
bis auf den Druck der Umgebung entspannen kann. Dieser Vorteil ist notwendig,
um den Einschnitt in der Diagrammfläche (Punkte 4, 3L,
2L in 2) durch die unvermeidlichen Überström-Drosselverluste
wettzumachen. Durch die hohe Aufladung ist die Hubkolbenmaschine
kleiner, leichter, kurzhubiger und daher rasch laufend realisierbar.
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Als Landfahrzeugmotor mit zeitlich
stark wechselnden Drehzahlen und wechselnden Drehmomenten auf Hügelstraßen ist
eine Kombination HKM + GT schlecht geeignet. Dafür müßte zusätzlich zum Schaltgetriebe zwischen
HKM und GT genau genommen alle Leitschaufeln und alle Laufschaufeln
von Kompressor und Turbine der GT drehbar regelbar sein und das
bei einer vielstufigen axialen Gasturbine. Für eine derartige Drehbarkeit
von Leit- und Laufschaufeln ist nur eine reine Axialturbine geeignet,
das würde
Abschied heißen
von den sonst bei Abgasturboladern üblichen preiswerten Radialturbinen
und Radialkompressoren. Das Betriebsverhalten eines Verbundmotors
mit Gasturbine im Vergleich zum erfindungsgemäßen Motor mit 2:1-Kreiskolbenmaschine
anstatt mit Gasturbine zeigt schematisch die 3 mittels eines Diagramms von Drehmoment über der
Drehzahl, kurz M über
n:
Über
der Momentenlinie eines vergleichbaren Saugmotors SM befindet sich
die einer Hubkolbenmaschine mit Gasturbine (HKM + GT) oder mit Turbolader.
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Wegen der Getriebekoppelung mit der
HKM ist die vorteilhafte Drehmomentlinie einer Zweiwellen-Gasturbine
nicht möglich.
Das Aggregat HKM + GT verhält
sich bei Abweichungen vom Auslegepunkt ähnlich ungünstig wie ein Motor mit hoher
Abgasturboaufladung mit dem Momenten-Mangel im niederen Drehzahlbereich,
da der Druck der Niederdruck-Strömungsmaschine
annähernd
mit dem Quadrat der Drehzahl sinkt und umgekehrt bei hohen Drehzahlen
für den
Kolbenmotor viel zu hoch wird. Die bekannte Bypass-Regelung BR ist
nur eine Behelfs-Schutzmaßnahme.
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Kurz: Kolbenmaschine und Strömungsmaschine
passen mit ihren M,n-Kennlinien sehr schlecht zusammen. Der Startvorgang
wird bei einem aufgeladenen Compound-Dieselmotor mit Gasturbine
wegen des Nichtvorhandenseins von Ladedruck der Turbomaschine bei
kleinsten Drehzahlen zu einem Konstruktionsproblem. Bei Anwendung
im Flugbetrieb (gebaute Motoren von Napier und Wright) sind diese
Nachteile nicht gravierend, da der Betriebspunkt vom Auslegepunkt
nur wenig abweicht.
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Bei der erfindungsgemäßen Maschine
gemäß vorliegender
Anmeldung hingegen ladet eine Kolbenmaschine die andere Kolbenmaschine,
wodurch das hohe Drehmoment bis in den niedersten Drehzahlbereich
voll erhalten bleibt.
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B) Vergleich des Standes
der Technik mit Verbundmotorideen und ähnliche Maschinen in der Patentliteratur
seit 1979:
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Die hier vorliegende Anmeldung unterscheidet
sich wesentlich von erteilten Patenten, die als Entgegenhaltungen
für Verbundmotoren
und ähnliche
Motoren genannt wurden:
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EP 0 013 180 A1 (Erfinder Craig Chilton HILL-1979/USA),
kombiniert wie meist üblich
einen Hubkolbenmaschinen (HKM)-Hochdruckteil mit einem Gasturbinen
(GT)-Niederdruckteil. Damit besteht ein großer Gegensatz zur vorliegenden
Erfindung, bei welcher der Niederdruckteil wegen Aufrechterhaltung
des Drehmomentes im unteren Drehzahlbereich und zur Erzielung hoher
Ladedrücke ausdrücklich eine
Kolbenmaschine ist, und von Buchelt auch eine Beweisführung gemacht
wird, warum innerhalb der Kategorie Kolbenlader dafür eine Kreiskolbenmaschine(KKM)
mit Polkreisverhältnis
2:1 und zweieckigem Kolben mit Dichtleisten bestmöglich geeignet
ist. Die Ansprüche
1 und 2 der vorliegenden Anmeldung befassen sich mit der vorteilhaften
Gestaltung des Kolbenladers.
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HILL befaßt sich im Detail nur mit dem
Hochdruckteil allein und obliegt dabei sehr schweren physikalischen
Irrtümern,
weil er die Massenbilanz entlang der Zustandspunkte seines von ihm
angeregten Kreisprozesses nicht berücksichtigt, so daß die von ihm
angeführten
Vorteile der besonderen Ventilsteuerung seines Hochdruck-Hubkolbenmotors nicht
im geringsten zutreffen. Selbst ohne diese Irrtümer sind Funktion, Konstruktion
und damit die Ansprüche
zur Anmeldung von Buchelt sehr verschieden.
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CH 664 193 A5 ( Erfinder Dr. H.C. Felix WANKEL-1982/DE)
ersetzt einen Abgasturbolader eines Hubkolbenmotors durch zwei innerachsige
Rotationskolbeneinheiten wobei beide Maschinen auf der gleichen
Welle sitzen, eine als Kompressor dient und die andere als Abgas-Expansionsmotor,
der den Kompressor treibt. Dabei ist dieses Gerät wie ein Turbolader nur über die
Gasströme
mit der Hubkolbenmaschine in Verbindung, der Anspruch 1 der
CH 664 193 A5 betont
ja auch die „mechanische
Unabhängigkeit" vom aufgeladenen
Motor. Es gibt also keine mechanische Verbindung über Zahnradverbindung zwischen
Niederdruck und Hochdruckmaschine, im Sinne des Oberbegriffes von
Anspruch 1 der vorliegenden Anmeldung. In diesem Sinne ist die Maschine
von Wankel kein „Verbundmotor" wie das anmeldungsgemäß vorgeschlagene
Aggregat, bei welchem auch die gleichzeitig als Lader dienende Niederdruckmaschine
Nutzleistung abgibt und nicht nur die Hochdruckmaschine.
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Für
reine Aufladezwecke wie bei Wankel genügt, wie die
3 der
CH 664 193 A5 zeigt, ein querschnittsgleicher
Expander, dessen Gehäuse
annähernd
gleich breit ist wie das des Kompressors.
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Das Kreiskolbenaggregat System Oldham/Franchot,
gemäß dem Oberbegriff
des vorliegenden Anspruchs 1 mit „zwei Rotoren" für Kompressor
und getrenntem Expander, gehört
nach der von Wankel in seinem Buch „Die Einteilung der Rotations-Kolbenmaschinen" 1963 geschaffenen
Terminologie gleichfalls zu der von Wankel in Anspruch 1 der
CH 664 193 A5 erwähnten Kategorie „Innenachsige Kreiskolbenmaschinen", ist aber gegenüber Anspruch
1 der vorliegenden Anmeldung hinsichtlich der Hauptmerkmale
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- – über Getriebe
mit einer HKM verbunden, also keine vom HKM-Motor mechanisch „unabhängige Anordnung" wie in Wankels Anspruch
1
- – und
ferner durch einen gegenüber
dem Kompressor 1,3 fach bis 3,5 fach breiteren Expander bei gleichem
Querschnitt im Anspruch 1 der vorliegenden Anmeldung gekennzeichnet,
eine Idee, die bei Wankel nicht vorkommt, und bei Wankel wegen der
fehlenden Getriebeverbindung zum Hochdruckmotor auch sinnlos wäre
- – und
in seiner Kinematik von jener Wankels in der CH 664 193 A5 insbesondere
in der Frage der Abdichtung grundverschieden.
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Diese im obigen zweiten Punkt erwähnten um
ein Vielfaches unterschiedlichen Breiten haben bei dem in der vorliegenden
Anmeldung beschriebenen KKM-Aggregat nur dann einen physikalischen Sinn,
wenn es das über
Getriebe mit der Hochdruckmaschine verbunden ist und nicht etwa „mechanisch unabhängig ist", wie bei Wankel.
Nur dann, wenn aus dem Abgasstrom des Hochdruckmotors mehr Energie
als zum bloßen
Antrieb des Laderkompressors notwendig ist, entnommen werden soll,
weil diese Überschußenergie über Zahnräder an den
Hochdruckmotor abgegeben werden kann, kommt man auf die Idee der
wesentlich größeren Breite
des Expander-Kreiskolbenaggregates
wie dies Anspruch 1 der vorliegenden Anmeldung vermerkt, die nachfolgend
auch als Anmeldung von Buchelt bzw. einfach „Buchelt" bezeichnet wird.
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Wankel vermeidet mittels komplexer
Hüllkurvenkinematik
mit entsprechenden Zahnradgetrieben zur Führung seiner Rotorteile schleifende
Dichtleisten, wozu aber bei einer Ladermaschine, die wesentlich
geringeren Temperaturen und Drücken
ausgesetzt ist, als problemlos laufende Wankel-Ottomotoren von Mazda
der Gegenwart, kein Anlaß besteht. Die
Spaltdichtungen von Wankel in der
CH 664 193 A5 müssen wegen der unvermeidlichen
Zahneingriftsspiele der Führungsverzahnungen
groß sein und
stellen wegen ihrer Form unfreiwillige Lavaldüsen dar, welche die Leckverluste
fördern.
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FR 2 777 943 A1 (Erfinder Andre Louis KOVACS-1998/FR).
Die in diesem Patent dargestellte Maschine ist kein Verbundmotor
im Sinne der übergeordneten
Fachkategorie-Zuordnung der vorliegenden Anmeldung, weil die Hochdruckmaschine
fehlt. Würde
man die gesamte Maschine von Kovacs als Niederdruck- Aggregat auffassen
und über
Zahnräder
mit einer bei Kovacs nicht vorhandenen Hochdruckmaschine verbinden
und einen thermodynamischen Kreislauf über beide Maschinen laufen
lassen, dann wäre
Kovacs erst in der Kategorie der Verbundmotoren. Die bloße Aufteilung
von Kompression und Expansion auf zwei getrennte Hubkolben- oder Kreiskolben-Aggregate
ergibt noch keinen Verbundmotor im klassischen Sinn von Napier und
Wright, dargelegt im Oberbegriff von Anspruch 1 der vorliegenden
Anmeldung.
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Dadurch entfällt bei Kovacs die hohe Gesamtverdichtung
und damit der erfindungsgemäß angestrebte
hohe Wirkungsgrad bei gleichzeitig niedrigem Leistungsgewicht, worin
der grundsätzliche
Sinn eines Verbundmotors besteht.
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Die vorliegende Anmeldung wäre erst
dann annähernd
mit der von Kovacs vergleichbar, wenn man die Hochdruck- Hubkolbenmaschine
weglassen würde
und durch eine annähernd
mit Gleichdruck arbeitende Brennkammer ähnlich der eines Flugtriebwerkes
ersetzen würde.
Dann bleibt immer noch der fundamentale Unterschied der Art der
angewandten Kreiskolbenmaschine. Eine wesentliche Aussage der vorliegenden
Anmeldung besteht darin, daß eine 2:1-Kreiskolbenmaschine
vom System Oldham/Franchot bestmöglich
als Niederdruckmaschine für
einen Verbundmotor geeignet ist, der als Landfahrzeug ständig wechselnden
Belastungen unterliegt. Die 3 des
Patentes von Kovacs zeigt zwar auch eine Kreiskolbenmaschine mit
Polkreisverhältnis
2:1 und einwandfreier Kinematik, erzeugt jedoch ähnlich der Anmeldung CH 664
193 A5 von Wankel einen Hüllkurvenspalt
des Kolbens ohne Dichtleisten gegenüber dem Gehäuse, der auf Grund seiner Form
unbeabsichtigt zur Leck- fördernden
Lavaldüse
zwischen den Kammern der Kreiskolbenmaschine wird. Damit ist ohne
Dichtleisten vor allem bei der niedrigen Startdrehzahl keine ausreichende
Verdichtung für
ein Dieselverfahren zu erzielen.
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Nur ein Dieselverfahren kommt bei
der erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Verbundmaschine mit hoher Gesamtverdichtung in Frage.
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Die für die vorliegende Anmeldung
sehr wichtige hohe volle Verdichtung bei geringsten Starterdrehzahlen
in Verbindung mit dem Diesel-Verbrennungsverfahren kann nur mit
einer 2:1-Kinematik nach Oldham-Franchot mit gleitenden Dichtleisten erzielt
werden. Diese Kinematik hat bereits bei einem Verhältnis von
Dichtleisten Radius „R" zu Exzentnerradius „ε" von nur
bereits
ein hohes theoretisches Verdichtungsverhältnis von ε = 75 im Gegensatz zum klassischen 3:2-Wankel,
der bei einem größeren Verhältnis
erst
ein Verdichtungsverhältnis
von ε =
17,7 aufweist, bei Verwendung als Kompressor also einen großen „schädlichen
Raum" besitzt. Den
verschiedenen Breiten von Kompressor und Expander der erfindungsgemäßen 2:1-Maschine
in Verbindung mit sonst gleichen Querschnitten zum Zweck der Rücksichtnahme
auf verschiedene spezifische Volumina der Gase in Kompressor und
Expander entsprechen bei Kovacs nicht nur gleichfalls verschiedene
Breiten, sondern auch verschiedene Querschnitte von Kompressor und
Expander laut den
1,
2 und
5 der
FR 2 777 943 A1 und außerdem noch verschiedene variable
Drehzahlverhältnisse,
erzielt durch komplizierte Differential-Planetengetriebe laut Prinzipskizze
5 von Kovacs zum Zweck der
Anpassung an den Volumsstrom des Verbrennungsgases bei Teillast und Überlast.
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Die schlechte Eignung der 3:2-Kinematik
für in
getrennten Maschinen erfolgende Kompression und Expansion versinnbildlichen
wohl unfreiwillig die beiden folgenden Patente, die in Zielsetzung
und Konstruktionsmittel sehr viel anders zur vorliegenden Anmeldung
liegen:
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US
5,410,998 (Erfinder: Marius A. PAUL und Ana PAUL USA 1993)
gehört
nicht zur Kategorie „Verbundmotoren" definiert im Oberbegriff
des Anspruches 1 von Buchelt. Die
US
5,410,998 besitzt eine kontinuierliche äußere Gleichdruck- Verbrennung
mit einer Brennkammer wie eine Gasturbine und weist zu diesem Zweck
zwei 3:2-Wankel-Aggregate für
getrennte Verdichtung und Expansion mit den oben unter
FR 2 777 943 A1 (Kovacs-FR)
geschilderten Nachteilen auf, wobei die Konzeptskizze
20 des Patentes von Paul eine funktionsunfähige Maschine
darstellt, was leicht zu erkennen ist, wenn man sich die beiden
Wankel-Rotoren aus der gezeichneten Totpunktlage der
20 der
US 5,410,998 weiter
gedreht vorstellt, weil sich dann hohe Druck der gerade höchstverdichtenden
Kammer ohne Arbeit zu leisten direkt in den Auspuff verabschieden
kann.
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Der Anspruch 1 von M. und A. Paul
befaßt sich
mit dem Geeignetmachen des für
bloße
Kompression und bloße
Expansion in getrennten Aggregaten wenig geeigneten 3:2-Wankel-Konzeptes
mit konstruktiv fragwürdigen
Mitteln.
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WO 861 035 58 (Erfinder : Bnan J.
DAVIES, Geoffrey Ph. DANES, Australien 1985):
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Die in dieser Anmeldung gezeigte
Maschine ist
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- – keine
klassische Verbundmaschine der Fachgebietskategorie, zu welcher
die vorliegende Anmeldung zuzuordnen ist, und die aus einem Hochdruckteil
und einem Niederdruckteil besteht, die mittels Getriebe verbunden
sind, um die Vorteile „niedriger
Kraftstoffverbrauch" einerseits
und „niedriges
Leistungsgewicht" anderseits
vereinen zu können,
was bei Davies nicht zutrifft.
- – Die
Maschine von Davies ist ein üblicher
Wankelmotor mit Polkreisverhältnis
3:2, während
Buchelt nachweist, daß bei
einer Verbundmaschine die Niederdruckmaschine Idealerweise eine 2:1-Kreiskolbenmaschine
sein soll, mit laut Anspruch 1 von Buchelt zu dieser Maschine verschieden
breiten Gehäusen
für Kompression
und Expansion.
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Das einzige besondere Merkmal am
gewöhnlichen
bekannten Wankelmotor der WO 86/035 58 von Davies ist die separierte
Brennkammer, deren Volumen Davies von jenem der üblichen Brennraummulde bei
3:2-Wankelmotoren abziehen müßte, wenn
er eine angestrebte Verdichtung einhalten will, ein Faktum, auf
das er mit keinem Wort in seiner WO 86/035 58 eingeht, ebenso wenig
auf die bei seiner Konstruktion zu erwartenden sehr hohen Strömungsverluste
in den Bypasskanälen.
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Die Ansprüche von Davies befassen sich
mit der extern außerhalb
der Trochoide angeordneten Brennkammer, während in der Konstruktion von
Buchelt die Verbrennung in der Hochdruck-Hubkolbenmaschine durch
direkte Dieseleinspritzung erfolgt. Zielsetzung, Konstruktion und
Ansprüche
der WO 86/035 58 ist zur vorliegenden Anmeldung total verschieden.
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Das Konzept
der Erfindung
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Die gewählte Aufgabenstellung umfaßte die Vereinigung
von geringem spezifischem Kraftstoffverbrauch um 130 g/kWh geringem
Leistungsgewicht um 1 kg/kW, kleinen Abmessungen, hohen Drehzahlen,
günstiges
Drehmomentverhalten bei Wechsellasten und problemloses Starten nach
wenigen Umdrehungen, kurz: fast alles, was kaum vereinbar scheint.
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Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch
eine geeignete Kombination von Hubkolbenmaschine HKM und Kreiskolbenmaschine
KKM gemäß Anspruch
1.
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3 zeigt
als vorteilhafte Auswirkung einer Kennlinie von „Kolbenmaschine kombiniert
mit Kolbenmaschine",
die fast parallel nach oben verschobene Kennlinie HKM + 2:1-KKM,
bezogen auf den vergleichbaren Saugmotor SM, mit dem hohen Drehmoment
zum Beschleunigen im unteren Drehzahlbereich. Zugleich signalisiert 3 die deutlich größeren erzielbaren
Ladedrücke
von HKM + 2:1-KKM als bei der Kombination HKM + GT.
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Rein sachlich läßt sich das 2:1- Konzept deuten
als die Erweiterung der bekannten Wankel-Reihe nach ganz unten mit
dem Polkreisverhältnis
mit
n als ganze
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Zahl, wobei das Verhältnis
(Oldham-Franchot)
jedoch, historisch gesehen, bereits vor den Entdeckungen von Felix
Wankel her bekannt war.
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Das Betriebsverhalten der Kombination
HKM + KKM ist bei der vorliegenden Anmeldung wie bei einem Saugmotor
zu erwarten, das heißt
die Maschine startet leicht, reagiert elastisch auf Belastungswechsel
und „hängt" am Gaspedal. Sie
wäre daher
für Fahrzeuge
mit wechselnder Belastung, wie Geländefahrzeuge, Schnellboote
und für
Schienentriebwagen geeignet.
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4 zeigt
eine Kombination einer Kreiskolbenmaschine mit dem Polkreisverhältnis von
2:1 (Verhältnis
von abrollendem Polkreis gegenüber
feststehendem Polkreis) kurz mit 2:1-KKM bezeichnet, die über ein
Getriebe mit einer beliebigen Hubkolbenmaschine HKM gekoppelt ist,
vorzugsweise mit einer Zweitaktmaschine (2T) mit Gleichstromspülung, mit vorauseilenden
Auslaßzeiten,
und wie 4 schematisch
zeigt, mit gleichmäßig kühlenden
Einlaßkanälen E im
Zylinderkopf und Drall-Auslaßkanälen A mit
Sammelspirale am unteren Ende des Zylinders. Es existiert dazu analog
wie zu den 8 bis 12 ein durchkonstruierter
Entwurf.
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Zum Anspruch 1:
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Das wesentliche Element der 2:1-KKM
ist die Aufteilung der Aufgabe des Vorverdichtens und des Nachexpandierens
auf verschiedene Rotoren in der Weise, daß wie bei einer Gasturbine
eines klassischen Compound- Motors eine Expansion bis auf fast dem
Druck der Umgebung möglich
wird, dieser Wirkungsgradvorteil der Gasturbine also beibehalten wird.
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Dies wird dadurch erzielt, daß die Rotorbreiten
im Verhältnis
bE zu bC in 4 und 10 so stehen, daß dieses
Verhältnis
gleich oder kleiner dem Verhältnis
der spezifischen Volumina v3L zu v2L in 7 ist, wobei eine Abweichung von diesem
Verhältnis
nach unten von bis zu 50 % erfolgen kann. Diese Abweichung nach
unten berücksichtigt
die geringe Arbeitsfläche
K (schwarz gekennzeichnet in 7)
bei Annäherung
der Expansion auf den Druck der Umgebung und auch den notwendigen
Restdruck für
die Erzeugung der kinetischen Energie im Auspuff und zur Überwindung
der Strömungswiderstände.
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Der Anspruch 1 markiert diese verschiedenen
Rotorbreiten bC und bE von Kompressor und Expander.
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Zum Verständnis der Ansprüche 2 und
3 folgt zunächst
eine Begründung
der Auswahl für
die 2:1 Kreiskolbenmaschine im Vergleich zu anderen Kolbenmaschinen:
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Zum Verständnis von
Anspruch 2:
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Es ist klar, daß ein Kolbenaggregat für den Niederdruckteil
des Kreisprozesses nach 7 für gute Wirkungsgrade
eine stetige innere Verdichtung aufweisen muß.
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Ein Nubkolbenaggregat scheidet angesichts der
großen
spezifischen Volumina im Niederdruckteil wegen zu großer Abmessungen
aus. Die Wankel-Reihe ist zwar wesentlich kleiner und leichter als Hubkolbenmaschinen
gleicher Leistung und weist nur rotierende Massenkräfte allein
auf, so wie den Vorteil von stetigem Strömen in den Ansaug- und Auslaßkanälen. Anderseits
hat aber die Wankel-Reihe als Kompres soranwendung trotz Entfall
der Brennraummulde bei üblichen
Verhältnissen
von R/e (=Dichtleistenradius zu Exzenterradius) ein zu geringes
Verdichtungsverhältnis,
und daher einen unnötig großen schädlichen
Raum. Der übliche
3:2-Wankel weist bei R/e = 7 ein Verdichtungsverhältnis ohne Brennraummulde
von etwa ε =
17 auf, was für
den Betrieb als Kompressor ungünstig
klein ist. Bei Vergrößerung von
R/e, was eine Abhilfe wäre,
wird die Maschine bei gleichbleibendem Kammervolumen undiskutabel
groß.
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Daher wurde eine 2:1-KKM ausgewählt, die bei
einem Verhältnis
von R/e = 5 bereits ein theoretisches Verdichtungsverhältnis von
etwa ε =
74 aufweist, so daß der
schädliche
Raum beim Kompressorbetrieb und beim Expanderbetrieb gering ist.
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Zur Durchführung einer Konstruktion nach Anspruch
1 sind mindestens zwei Rotoren notwendig. Die Mehrfach-Rotorenausführung von
2:1-KKM gilt wegen des kleinen Durchmessers des feststehenden Führungszahnrades,
das die Durchführung einer
ausreichend dicken Exzenterwelle verhindert, normalerweise als nicht
möglich,
wenn man die gleichen Baukonzepte mit der wiederholt axial versetzten
Rotoreinheit anwenden will, wie bei den relativ zahlreichen ausgeführten 3:2-Wankelmotoren.
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Für
den Fall von zwei Rotoreinheiten gibt es die Lösung nach Patentanspruch 2:
Es wurden die beiden Rotoren auf der gemeinsamen Exzenterwelle EXZ
so angeordnet, daß die
Führungsverzahnungen auf
den nach den äußeren Enden
zugewandten Seiten der Kolben liegen. Innen, zwischen den Rotoren 2:1-C
und 2:1-EXP ist dann ein massiver Lagerbock L möglich, in den auch dickere
Verbindungsstücke der
in Längsrichtung
geteilten Exzenterwelle münden können, wie
dies 10 am Beispiel
eines durchkonstruierten Motors zeigt.
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Vom zentralen Lagerbock aus wird
das Drehmoment der 2:1 KKM, das immerhin gleich groß sein kann,
wie das der HKM, mittels Zahnradtrieb Z auf den gemeinsamen Leistungsausgang
P übertragen, sichtbar
in den 5 ,9 und 10.
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Diese Art der Realisierung einer Übertragung
großer
Drehmomente aus einer 2:1-Kreiskolbenmaschine
mit zwei Rotoren heraus ist der Inhalt von Anspruch 2.
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Die Verbundmaschine als
ideale erfindungsgemäße Anwendung
für 2:1-
Kreiskolbenmaschinen:
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Die Anwendung der 2:1-KKM als Niederdruck-
Aggregat in einem Verbundmotor ist thermisch und verschleißmäßig gesehen
wesentlich problemloser als jede bisher stattgefundene Anwendung
eines 3:2-Wankels als Ottomotor. Festigkeitsmäßig gesehen ist jedoch das
erfindungsgemäße Merkmal
von Anspruch 2 notwendig für
eine brauchbare Anwendung der 2:1-Maschine als Niederdruckmaschine
mit zwei Rotoren in einem Verbundmotor: Die 8 bis 12 zeigen
am Beispiel eines 1200 kW Motors eine durchkonstruierte höchste Leistungsdichte
des erfindungsgemäßen Konzeptes.
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Die Thermodynamik wurde nach einem
Programm, das die stetige Veränderung
der thermodynamischen Stoffwerte mit der Temperatur berücksichtigt,
für verschiedene
Ladedruckverhältnisse p2L/p1L
berechnet. Der Ladedruck p2L = 11 bar der Konstruktion nach den 8 bis 12 ergab eine Übertritts-Gastemperatur von
der HKM zur KKM von etwa 1500° C,
das ist etwa 60% der Verbrennungstemperatur eines Ottomotors und
es ergab sich auch der Übertrittsdruck
von p2L = 11 bar, der zugleich der höchste in der KKM vorkommende
Druck ist und fällt damit
auch wesentlich geringer aus als der Zünddruck von etwa 50 bar eines
Ottomotors. Es sind also trotz Einsatz der Kreiskolbenmaschine in
einem Diesel-Gesamtkonzept mit 28-facher Verdichtung keine Wankel-typischen
Dichtleistenprobleme zu erwarten.
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Die für die Verbrennung ungünstige Form des
minimalen Volumens Vmin. jeder KKM der Wankelreihe als deren untersten
Ausläufer
man auch das Oldham- Konzept auffassen kann, spielt bei dieser Anwendung
im Verbundmotor keine Rolle, da die Verbrennung in der Hubkolbenmaschine
stattfindet und dort wegen der geringen Teilverdichtung etwas über nur
5 der HKM in sogar in einem besonders günstig geformten kugelähnlichen
Brennraum vor sich geht.
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Es gibt keinen einstufigen Strömungsmaschinen-Radiallader,
der 11 bar Ladedruck erreicht. Für
die Drehzahlregelung kombiniert mit Masseflußregelung müßten bei Turboladern und Gasturbinen alle
Leit- und Laufschaufeln von Kompressor und Turbine verstellbar sein,
das heißt,
es müssen
vielstufige Axialmaschinen angewandt werden, da Radialmaschinen
besonders bei hohen Druckverhältnissen
sehr schlecht regelbar sind, um den gleichen Wirkungsgradbereich
zu besitzen, wie ihn die betreffend M,n-Kennlinie die zur HKM passende 2:1-KKM-Maschine
auf natürliche
Art ohne Regelungsmaßnahmen
aufweisen kann.
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Zum Anspruch 3
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Durch die bei diesem Verbundmotorkonzept HKM
+ 2:1-KKM erzielbaren außerordentlich
hohen Ladedrücke
steigt das Druckniveau der Hubkolbenmaschine gleichfalls hoch an.
Es werden daher die Winkelausschläge der Pleuelstangen hohe Kolbenreibung
verursachen. Daher wurde das Kreuzkopfkonzept der Schiffsmaschinen
erfindungsgemäß raumsparend
in Zylinder und Kolben integriert.
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Der Zylinder dient im unteren Teil
als Kreuzkopflaufbahn, während
der untere Teil des Kolbens 19 in 11 und 12 als
Kreuzkopf dient. Die restliche Ergänzung 20 auf die Kolbenlänge K in 11 stellt den Leistungsteil
dar und im Falle des gezeichneten 2T-Diesel ist der Leistungsteil
der typisch hohe Steuerteil des Kolbens. Dieser Steuerteil besitzt
zwei Hohlräume 21,
die durch den Stützkegel für den Kolbenboden
entstehen. Die Herstellung des Kolbens im Falle des gezeigten Beispieles
erfolgt durch eine Kombination von Titanium- und Stahl-Feingußteilen
die durch Elektronenstrahlschweißung miteinander verbunden
werden. Die Hohlräume 21 werden
durch kleine Verschlußstopfen teilweise
mit Natriumpulver gefüllt,
das im Betrieb flüssig
wird und infolge der hin- und hergehenden Schüttel-Bewegung den internen
Wärmetransport
im Kolben zu den unteren Kreuzkopfregionen bewirkt. Dieses von der
Ventiltechnik her bekannte Konstruktionsmittel ermöglicht eine
dünnwandige
Leichtbaustruktur des Kolbens.
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Der Kreuzkopf wird durch Spritzöl gekühlt und
durch aus dem hohlen Pleuel austretendes Öl.
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Auswirkung eines 2:1-KKM-Aggregates
innerhalb einer Verbundmaschine auf die Konstruktion der dazu passenden
Hubkolbenmaschine:
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Der in dem gezeigten Beispiel einer
1200 kW Zeitakt – Dieselmaschine
besitzt nur eine einzige Zylinderröhre mit zwei Kolben im Gegensatz
zu den 12 Zylindern mit 48 Ventilen der vergleichbaren 1100 kW – Panzermotoren.
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Dies kommt daher, daß die Ladedrücke eines
erfindungsgemäßen KKM-Aggregates
mit rund 11 bar sehr hoch sind, dadurch also die HKM klein wird
und außerdem
die KKM etwa die halbe Leistung erzeugt, so daß wenige Zylinder bei der HKM
ausreichen, um die andere Hälfte
der Leistung zu erbringen. Die Beibehaltung der üblichen Vielzylinderkonzepte
wäre teuer
und technisch sinnlos wegen der sich ergebenden kleinen Schnapsglasgröße der Zylinder.
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Außerdem stellt bekanntlich geringe
Zylinderzahl für
ein gegebenes Gesamt-Hubvolumen eines der Mittel zur Verringerung
des Verbrauches dar, wegen der geringeren wärmeabgebenden Oberfläche.
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Andererseits ist die hohe Zylinderzahl
bei gegebenem Gesamthubvolumen ein bekanntes Mittel zur Senkung
des Leistungsgewichtes, wie die Flugmotoren der vierziger Jahre
beweisen. Wenn nun hier ein 1200 kW-Motor mit nur zwei äquivalenten
Zylindern trotzdem ein niedriges Leistungsgewicht aufweist, dann
ist das kein Widerspruch zur bekannten Ähnlichkeitsmechanik, da diese
nur innerhalb einer Kategorie ähnlicher
Motoren gilt und nicht zwischen unähnlichen verschiedenen Motorkonzepten.
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Figurenübersicht
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1 zeigt
schematisch den historisch besetzten Begriff „Verbundmotor" oder „Compound- Motor" als über Schaltgetriebe
SG erfolgende Kombination Hubkolbenmotor HKM und Gasturbine GT.
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2 zeigt
das dazugehörige
schematische pv-Diagramm zum Verständnis des kombinierten Kreisprozesses.
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3 zeigt
schematisch das Verhalten von Drehmoment über der Drehzahl eines Vergleichs-Saugmotors
SM, einer Kombination von HKM und GT und schließlich einer Kombination von HKM
und erfindungsgemäßer 2:1-
Kreiskolbenmaschine, kurz mit HKM + 2:1-KKM bezeichnet.
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4 symbolisiert
die Kombinationsmöglichkeit
der erfindungsgemäßen 2:1-
KKM mit einer beliebigen Hubkolbenmaschine, vorzugsweise jedoch
mit einem 2T-Motor mit Gleichstromspülung von E nach A und mit dem
Erfindungsmerkmal, daß die
Breite des Nachexpander-Rotors bE größer ist als die Breite bC des
Vorkompressor-Rotors.
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5 zeigt
eine schematische Phantom-Perspektive des in den weiteren 8, 9, 10, 11, 12, gezeigten durchkonstruierten Motors
für 1200
kW Gesamtleistung. Hervorgehoben sind die erfindungsgemäßen Verschiedenheiten
der Breiten bE und bC von Kompressorrotor 2:1-C und Expanderrotor
2:1-E, die in der Kreiskolbenmaschine KKM auf einer gemeinsamen
Exzenterwelle Exz sitzen und über
Zahnräder
Z mit den beiden Kurbelwellen KW1 und KW2 einer Zweitakt-Gegenkolbenmaschine
nach Konzept Junkers verbunden sind.
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Sichtbar sind der Auslaßkolben
AK und der Leistungsabtrieb P.
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6 zeigt
schematisch die Regelung und einen möglichen typischen Weg von Luft
und Verbrennungsgas innerhalb einer erfindungsgemäßen Maschine,
hier am Beispiel der Kombination mit einem Gegenkolbenmotor. Der
Weg der Luft beginnt mit dem Luftfilter F den Rückschlagventilen VE1 und VE2
vor und nach dem Kompressorrotor 2:1-C, führt dann zum Motor mit den
Einlaßschlitzen
E und den Auslaßschlitzen
A, die zeitlich gestaffelt durch die Einlaßkolben EK und Auslaßkolben
AK gesteuert werden und eine Gleichstromspülung dadurch bewirken, daß die Kurbelwellen
KW1 und KW2 unter geringem Verzicht auf einen perfekten Massenausgleich 1.
und 2. Ordnung von der spiegelbildlichen Anordnung mit
Stellung in den oberen Totpunkten im Sinne der eingetragenen Drehrichtungen
um +Δα für den zeitlich
voreilenden Auslaßkolben
AK und um –Δα für den nacheilenden
Einlaßkolben
EK abwei chen. Ein deutlich sichtbarer Überströmkanal mit dem mittels Membran
gesteuerten Regelventil VE3 regelt den Lufmassefluß vom Kompressor
zum Motor während der
Kraftstoffmassefluß in
bekannter Weise durch die in 10 sichtbare
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Pumpdüse EP für 1800 b Einspritzdruck geregelt
wird. Ein drehbares Drosselventil VE4, auch in 8 sichtbar, dient beim Startvorgang der
Auffüllung
des Leitungsvolumens der Verbindungsleitungen zwischen Kreiskolbenmaschine
und Hubkolbenmaschine mit Druckluft. Zum gleichen Zweck kann auch
das Ventil VE5 beim Startvorgang herangezogen werden, das aus einem
Druckspeicher Druckluft in die Verbindungskanäle zur Unterstützung des Startvorganges
einfließen
läßt. Die
Abgase gehen nach dem 2:1-Expander in den Auspuff und in diverse
Schalldämpfer.
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7 zeigt
das idealisierte pv-Diagramm eines erfindungsgemäßen Verbundmotors, das mit
Berücksichtigung
der stetigen Temperaturabhängigkeit der
thermodynamischen Stoffwerte in eine genauere Berechnung des theoretischen
Wirkungsgrades η theoretisch
umgesetzt wurde, wobei in erster Linie der Ladedruck p2L von 5 bar
bis 18 bar variiert wurde. Die gewählten konstanten Vorgaben für den in den 8 bis 12 gezeigten durchkonstruierten Motor waren:
Relativer
Luftüberschuß λ = 1,5, Zündhöchstdruck
p3 = 155 bar, effektive Gesamterdichtung mit Berücksichtigung der Schlitzhöhen der
HKM εeff = 28 = v1L/v2 und der Zustand im Punkt
1 L am Beginn der Verdichtung.
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Dabei ergab sich eine schwache, annähernd linear
verlaufende Wirkungsgradzunahme in Richtung höherer Ladedrücke, die
bei einem idealen Gas mit konstanten Werten für cp, cv und kappa auf Grund
der Hyperbeleigenschaften von Isentropen und Isothermen konstant
verlaufen würde.
Bei etwa 12 bar Ladedruck durch den Kreiskolbenkompressor teilt
sich die Nutzleistung zu etwa gleichen Teilen auf die Kreiskolbenmaschine
und auf die Hochdruck- Hubkolbenmaschine auf.
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Das ideale pv-Diagramm eines vergleichbaren
Saugmotors mit gleicher Gesamtverdichtung und gleichem Zündhöchstdruck
zeigen die Zustandspunkte 1L, 2L, 2, 3, 3', 4 und 4S. Im Vergleich zu diesem Saugmotor
geht beim Verbundmotor die Drosselfläche DV verloren.
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Dafür gewinnt man 1.) die Fläche der
vollständigen
Expansion von 4S weiter auf fast den Umgebungsdruck p1L, und 2.)
eine Rückgewinnungsfläche RG als
Folge der Drosselung DR, so daß der
Wirkungsgradvergleich mit Einbeziehung von Gütegrad für Strömungs- und Wärmeverluste
und mit Einbeziehung des mechanischen Wirkungsgrades ηM so aussieht
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Vergleichs-
Saugmotor
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ηtheor. = 0,71 – berechnet mit T – veränderlichen
Stoffwerten, ηG = 0,856 – Annahme , ηM = 0,95 – Annahme
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Erfindungsgemäßer Verbundmotor
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ηtheor. = 0,79 berechnet mit T – veränderlichen Stoffwerten, ηG = 0,886- Annahme , ηM =
0,95 – Annahme
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Der hohe Gütegrad ηG für den Verbundmotor erklärt sich
mit der Kleinheit der wärmeabgebenden Oberflächen der
hoch aufgeladenen Hubkolbenmaschine mit der geringen Vergleichs-Zylinderzahl
von 2 des Einröhren-Gegenkolbenmotors.
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Für
1200 kW vergleichbare Panzermotoren haben 12 Zylinder mit viel Kolbenreibfläche und
viel Wärme
abgebender Fläche
und 48 Verlust erzeugende Ventile, deren Strömungs-Machzahlen Drehzahlerhöhungen vorzeitig
begrenzen.
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Ferner kann man bei einem erfindungsgemäßen Verbundmotor
mit Ausführung
nach 8 bis 12, ausgestattet mit Gleichstromspülung, rotationssymmetrischen
Einlaßschlitzen
und Auslaßschlitzen mit
Drallkanälen,
Verteil- und Sammelspiralen
im Gegensatz zu herkömmlichen
Motoren von einer sehr guten aerodynamischen Führung sprechen.
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Bei einer mittleren Kolbengeschwindigkeit von
23 m/s beträgt
die Einlaßmachzahl
0,93 und die Umfangsgeschwindigkeit des annähernden Festkörperwirbels
im Zylinder beim Ladungswechsel 20 m/s, was mittels kunstvollen
Dralleinlaßkanälen für Ventile noch
nie erreicht wurde.
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Der hohe mechanische Wirkungsgrad ηM in der Größe der Werte für Schiffs-Größtmotoren
erklärt sich
durch das Vorhandensein von Kreuzköpfen in beiden Vergleichsmotoren.
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Mit der Annahme eines Ausbrenngrades
von „1" ergeben sich Folgenden
Gesamtwirkungsgrade:
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Vergleichs- Saugmotor
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ηges = 0,6
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Erfindungsgemäßer Verbundmotor
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ηges = 0,67 , was einem spezifischen Verbrauch
von 125 gr/kWh entspricht und die höchste Erwartung darstellt.
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Zum Vergleich der Leistungsgewichte:
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Der Vergleichs-Saugmotor ist wegen
der großen
Verdichtung im gleichen Zylinder und wegen des großen Hub/Bohrung – Verhältnisses
zur Vermeidung einer ungünstig
scheibenförmigen
Brennraumform bei hoher Verdichtung ein großer, schwerer Langsamläufer, während der
Verbundmotor aus zwei schnell laufenden Aggregaten mit kleinen Abmessungen
besteht, also nicht nur sparsamer sondern auch kleiner und leichter
ist.
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8 zeigt
ebenso wie die 9 bis 12 den für 1200 kW durchkonstruierten
Vorentwurf eines erfindungsgemäßen Kreiskolben-Aggragestes
kombiniert mit einem Gegenkolbenmotor. 8 stellt den in 10 definierten Schnitt S1-S1 dar. Zu
dieser Figur passende Aussagen wurden bereits unter 6 und 7 gemacht.
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Der Zylinderdurchmesser beträgt 90 mm.
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Der Winkelversatz von Kompressorkolben 2:1-C
und Expanderkolben 2:1-EXP beträgt
45° in Abstimmung
mit dem Versatz der Kurbeln des Hubkolbenmotors von gleichfalls
45°, was
gemäß den kinematischen
Gesetzen für
2:1-Maschinen einen Versatz der Exzenterzapfen von 90° ergibt.
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In 10 sind
jedoch die Exzenterzapfen zur besseren Sichtbarmachung der Struktur
der geteilten Exzenterwelle EXZ um 180° versetzt gezeichnet, wodurch
auch die Ausgleichsgewichte an den äußeren Enden in die Zeichenebene
fallen, die in Wirklichkeit räumlich
versetzt sind.
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9 zeigt
den in 8 markierten
Schnitt S3-S3 durch den Gegenkolbenmotor HKM des 1200 kW – Beispiels
wobei in diesem Fall die Lei stungsaufteilung zwischen HKM und KKM
bei 11 bar Ladedruck zufällig
gleich ist, das heißt
je 600 kW ausmacht. Die Kurbelwellen KW1 und kW2 sind mit ihren Hauptlagerzapfen
zur Erhöhung
der Biegefestigkeit bei hohen Drehzahlen beidseitig vom Pleuel je
zweifach gelagert. Der Leistungsabtrieb liegt bei P. Freie Wellenenden
werden zum Antrieb der gleichfalls durchkonstruierten Hilfsmaschinen
herangezogen, der Kühlwasserpumpe 10,
des Generators 11 und der Treibstoffzubringerpumpe 12,
der Hochdruckölpumpe 14 und
der Absaugölpumpe 15,
die über
ein Getriebe 13 angetrieben werden. Der für hohe Startermomente
aufkommende Starter steht über
ein Getriebe 17 und Freilauf 16 in Verbindung
mit der Kurbelwelle KW1.
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10 zeigt
den in 8 markierten
Schnitt S2-S2, der den Längsschnitt
durch die Kreiskolbenmaschine 2:1-KKM beinhaltet sowie den Querschnitt durch
die Hubkolbenmaschine HKM mit Einspritz-Pumpdüse EP und das Zahnradgetriebe
Z, welches die beiden Kurbelwellen und die Exzenterwelle Exz verbindet.
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Man erkennt die nach außen gedrehten
Führungsverzahnungen
FZ der beiden Kreiskolbenrotoren, damit im Zentrum ein genügend starrer
Lagerbock L mit relativ dicken Einmündungen der beiden Teile der
aus Montagegründen
geteilten Exzenterwelle Exz möglich
wird.
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Man erkennt auch die dem größeren spezifischen
Volumen der heißen
Motorabgase entsprechend größere Breite
bE des Expanderrotors 2:1-EXP
im Vergleich zu geringen Breite bC des Kompressorrotors 2:1-C. Man
beachte auch, daß die durch
den kleinen Teilkreis des im Gehäuse
feststehenden Führungszahnrades
der 2:1- Maschinen dünn
ausfallenden Endzapfen der Exzenterwelle zur Erhöhung der Starrheit zweifach
gelagert sind, wodurch am Übergang
zum jeweiligen Exzenterzapfen eher eine Starrheit fördernde
Schubspannung und wenig Biegespannung auftritt.
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Nur auf diese im Anspruch 2 festgelegte
erfindungsgemäße Art ist
es möglich,
aus einer Zweirotoren- 2:1-KKM ein hohes Drehmoment heraus zu übertragen.
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11 und 12 zeigen die in Beschreibung und
Anspruch 3 ausführlich
festgelegte Idee den unteren Teil 19 der Kolbenlänge K in
einen Kreuzkopf zu verwandeln, der über Druckölkanäle 29 und Schmiertaschen 23 und über die Öldichtringe 22, 24 und 27 verfügt und dessen Ölschwemme
durch die Entlastungsnut 25 und durch den Ölabstreifer 26 und 27 vom
Leistungs- und Steuerteil 20 des Kolbens weitgehend ferngehalten
wird, wobei die Höhe
des Teiles 20 bei einem 4-Takt-Kolben im Gegensatz zum
gezeichneten 2-Takt-Kolben geringer ausfallen wird. Die Hohlräume 21 werden
in Anlehnung an die von Ventilen her bekannte Kühltechnik durch in der Zeichnung
nicht sichtbare kleine Verschlußstopfen
teilweise mit Natrium gefüllt,
das im Betrieb flüssig
wird und durch die Schüttelbewegung
des Kolbens Wärme vom
Kolbenboden weg in den Bereich des Kreuzkopfes transportiert, der
wiederum durch Öl,
das aus dem hohlen Pleuel austritt, gekühlt wird. Ölabflußschlitze 31 stellen
den Ölabfluß aus der
Entlastungsnut 25 sicher, während der Hohlraum 32 mit
unter Überdruck
stehendem Kühlwasser
erfüllt
ist, das durch die hohlen Stege – sichtbar im Zylinderschnitt der 10 – in den Mantel um den Zylindermittelteil gelangt.
Insgesamt ergibt sich ein von gewohnten Proportionen stark abweichender
Kolben.