DE19535860A1

DE19535860A1 - H¶2¶-Rotationskolbenmotor

Info

Publication number: DE19535860A1
Application number: DE1995135860
Authority: DE
Inventors: Klaus-Juergen Bernau
Original assignee: BERNAU KLAUS JUERGEN
Priority date: 1995-09-18
Filing date: 1995-09-18
Publication date: 1996-10-17

Description

Es sind Motoren bekannt, welche mit Wasserstoff betrieben werden. Diese arbeiten jedoch nach den bekannten Hubkolben-Verfahren. Infolge der Arbeitsweise findet eine unkontrol lierte Verbrennung statt. Diesem Mißstand versucht man z. B. mit einer Wassereinspritzung vor dem Verdichtungstakt, zu compensieren. Zwangsläufig wird somit die aufgebaute Ener gie in seiner Wirkung stark eingeschränkt, sogar teilweise vernichtet.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, diesen Mangel der Technik zu beseitigen und ein Motorenkonzept nach Umwelt und verbraucherfreundlichen Gesichtspunkten, zu ent wickeln. Als Lösung schlägt die Erfindung diesen "H₂-Rotationskolbenmotor" vor. Er ist in allen Bereichen einsetzbar, wo Verbrennungsmotoren bisher Verwendung finden, sogar in sterilen Bereichen, da er schadstofflos arbeitet. Da er von der Atmosphäre unabhängig ist er auch in der Raumfahrt und auch Unterwasser voll einsetzbar.

In DE 38 09 386 A1 wird ein Motor vorgestellt der nach ähnlichen Gesichtspunkten konstruiert wurde. Dieser weist jedoch zu dieser Neu-Entwicklung noch einige Nachteile auf. So kann auf die Ventilsteuerung im Rotationskolben verzichtet werden, ebenso auf dessen Druckraum. Die Wasserstoffzufuhr braucht auch nicht mehr durch die Antriebswelle geleitet werden. Das bedeutet eine wesentliche Vereinfachung und Materialkostenersparnis. Die wesentlichsten Merkmale dieser Erfindung liegen in der mechanischen Umsetzung der Verbrennungskraft, unter der Verwendung der Brenn-, bzw. Treibstoffe "H₂+O₂+H₂O" in eine unmittelbare Drehbewegung, mittels des Rotationskolben mit Dichtklappen und Steuernocken im Zusammenhang mit den variablen Arbeitskammern.

Die Fig. 1 bis 8 der Zeichnungen zeigen ein Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt eine Schnittzeichnung der ersten Gehäusehälfte (21). Der Rotations kolben (34) mit den fünf Dichtklappen (23), sowie den drei Arbeitskammern (32) mit den Steuernocken (35) bilden das funktionelle Zentrum. Die Anordnung der Düsensätze (26) der Entlastungssteuerkanten (27), des Abgassammelkanales (29), des Abgasflansches (30) und der Kühlkammern (31) ergänzen das wesentlichste.

Die Einspeisung der Treibmittel erfolgt von elektronisch gesteuerte Füllventile einer zen tralen Steuereinheit. Diese wird nicht dargestellt. H₂ und O₂ werden nur in gasförmigem Zustand eingespeist, wobei das H₂O₂ unmittelbar nach der Zündphase zur Anwendung kommt. Die Dichtklappenfedern (24) drücken die Dichtklappen (23) gegen die Außen wandung des Arbeitsraumes (37). Begrenzt wird die Arbeitskammer (32) durch die Steuer nocken (35) und den zwangsgesteuerten Dichtklappen (23). Die Zuleitungen für H₂ (46), H₂O (45) und O₂ (44) ausgerüstet mit elektronisch gesteuerten Füllventilen bilden in den Düsensätzen (26) eine geschlossene Einheit.

Die Drehrichtung erfolgt, nach dieser Ansicht, entgegen dem Uhrzeigersinn. Wenn nun eine Dichtklappe (23) die Stellung kurz vor den Düsensatz (26) erreicht, hat die vorlaufende Dichtklappe unter Einwirkung der Entlastungssteuerkante (27) die Arbeitskammer (32) geöffnet und der restliche Druck der Verbrennungsgase entweicht über die Abgasauslaß bohrung mit Rückschlagventil (28). In diesem nun drucklosem Raum wird über den Düsensatz (26) H₂0 zu Schmierzwecken eingespritzt. Hat die Dichtklappe (23) die Stellung kurz nach dem Düsensatz (26) erreicht, entsteht eine neue variable Arbeitskammer (32). Nun wird H₂ über den Düsensatz (26) mit ca. 1,5 bar und anschließend O₂ mit ca. 1,5 bar im Volumenverhältnis 3 : 2 eingespeist. Durch das Eigendruckverhalten des nun entstandenen Knallgases kommt es zur Selbstzündung. In die Verbrennungstemperatur (ca. 4200°C) wird nun H₂O eingespritzt. Dieses hat zum Vorteil, daß durch die hohe Verbrennungs temperatur ebenfalls Knallgas entsteht. Eine enorme Energieanreicherung ist die Folge. Die Zündkraft von Knallgas ca. 34 kp/cm² wird somit noch um mindestens 50% verstärkt. Bei dieser Motorkonstruktion mit drei Arbeitskammern (32) und einem, mit fünf Dichtklappen (23) bestückten Rotationskolben (34), ergibt dies 15 Zündungen bei einer Umdrehung.

Eine externe Pumpe, gesteuert über die zentralen Steuereinheit, versorgt den Kühlkreislauf über die Kühlkammern (31).

Fig. 2 verdeutlicht die Fig. 1 ohne Rotationskolben. Dadurch wird der hintere Kugel lagersitz (38) für den Rotationskolben (34) sowie der Lageraufnahmezapfen (58) sichtbar.

Fig. 3 zeigt die Seitenansicht im Schnitt. Die zweite Gehäusehälfte (21) und die erste Gehäusehälfte (22) sind mit einer Dichtung (47) versehen. Fig. 3 zeigt weiterhin den Rotationskolben (34) in seinen drei Grundbauteilen, dem ersten Rotationskolbenteil (50) mit seiner Antriebswelle (53) und die Anordnungen der Dichtringe (49), welche über die Schmiermittelumlaufleitung (56) geschmiert und wiederum durch die Schmiermittelver teilerbohrungen (48) versorgt werden, in Verbindung mit dem Schmiermitteleinlaßleitung (41) sowie der Schmiermittelauslaßleitung (42). Das zweite Rotationskolbenteil (51) stellt mit seinen Dichtklappen (23) das Kernstück des Motors, welches wiederum vom Rotationskolbenteil drei (52) und mit dem ersten Rotationskolbenteil (50) verbunden sind und eine feste Einheit bildet. Gelagert mit den drei Kugellagern (54) ergibt sich, daß für diese rotierende Einheit eine schwingungsfreie Kraftübertragung stattfinden kann.

Fig. 4 verdeutlicht die Ansicht der Fig. 3 ohne den Rotationskolben. Dadurch wird die Lage der Dichtringe in den Dichtringnuten (57) deutlich. An der Arbeitsfläche (33) ist der Steuernocken (35) markiert wie die Abgasauslaßbohrung mit Rückschlagventil (28), der Entlastungssteuerkanten (27), der Sitz für den Düsensatz (26), welcher elektronisch gesteuerte Ventile für H₂-Düse (66), H₂O-Düse (65) und O₂-Düse (64). Der untere Sockelbau (36) der Gehäusehälften (21+22) verleiht dem Motor noch zusätzliche Stabilität welcher auch mit Kühlkammern (31) durchzogen ist.

Fig. 5 zeigt eine 3D Ansicht der Motoreinheit. Von dieser Heckperspektive läßt sich die Integration der Abgassammelbohrung (29) erkennen. Die Gehäusetrennung (47) ist dargestellt sowie die Lage des Rotationskolben (34), die Bohrung für den Düsensatz (43) und die des Schmiermitteleinlaß (41) und Schmiermittelauslaß (42).

Fig. 6 zeigt eine 3D Ansicht der Motoreiheit. In dieser Frontperspektive läßt sich der Sitz des Rotationskolben (34) erkennen, sowie dessen Lagerung (54) im Antriebswellensockel (61). Zu erkennen ist weiterhin der untere Sockelbau (36) mit den integrierten Kühlkammern (31). Die Anordnung des Abgasflansches (30) und zwei Bohrungen für die Düsensätze (43) sowie die Schmiermitteleinlaßbohrung (41) lassen sich in der ersten Gehäusehälfte (21) erkennen. In der zweiten Gehäusehälfte (22) ist die Schmier mittelauslaßbohrung (42) sowie der Kühlmitteleinlaßflansch (39) und der Kühlmittelaus laßflansch (40). Die Gehäusetrennung (47) ist ebenfalls dargestellt.

Fig. 7 stellt den Rotationskolben (34) in seinen Grundbauteilen dar. Das erste Rotatinskolbenteil (50) mit seiner Antriebswelle (53), den Dichtringnuten (57) und den Bohrungen für die Dichtklappenstifte (62). Die 3D Darstellung des zweiten Rotations kolbenteils (51) verdeutlicht den Paßsitz der Dichtklappe (23) im Dichtklappenbett (25). Das dritte Rotationskolbenteil (52) zeigt zusätzlich die hintere Lageraufnahme (59). Der Dicht klappenstift (67) verbindet die Dichtklappe (23) mit dem ersten und dritten Rotations kolbenteil. Diese drei Rotationskolbenteile sind im Komplettzustand fest miteinander verbunden.

Fig. 8 zeigt die Funktion der Dichtklappen (23) in Zusammenarbeit mit dem Steuer nocken (35) und dessen anderen Grundelementen in sechs Darstellungen. Somit wird der Arbeitsablauf in seinen verschiedenen Bereichen gezeigt.

In Bild <B1<: die Dichtklappen (23) sind in Dichtklappenbetten (25) des 2. Rotationskol benteil (51) gelagert. Die Dichtklappenfedern (24) sorgen für den Steuerdruck der Dicht klappen (23) aus dem Dichtklappenbett (25) gegen die Arbeitsfläche (33). Die rechte Dicht klappe (T1) an der Unterkannte des Steuernockens (35). Gerade wurde die vorlaufende Dichtklappe (T2) durch die Entlastungssteuerkante (27) veranlaßt die Arbeitskammer (32) zu öffnen, wodurch der restliche Druck der verbrannten Gase den Weg durch die Abgasaus laßbohrung mit Rückschlagventil (28) zur Abgassammelbohrung (29) finden.

In Bild <B2< ist die vorlaufende Dichtklappe (T2) weiter geöffnet, und ein fast drückloser Zustand in der Arbeitskammer (32). Nun wird H₂O über den Düsensatz (26) bzw. den H₂O Befüllkanal (45) eingespritzt. Dies erwirkt einerseits einen raschen Temperaturabbau und zum anderen Schmierfunktionen an der Arbeitsfläche (33).

In Bild <B3< läuft die Dichtklappe (T1) gerade über die Bohrung (43) des Düsensatzes und eine neue Arbeitskammer (32) entsteht. Jetzt wird O₂ über den Düsensatz (26) und dessen Befüllkanal (44) gasförmig eingedüst.

In Bild <B4< hat sich die Arbeitskammer (32) wiederum zwangsläufig vergrößert und H₂ wird nun ebenfalls gasförmig über den Befüllkanal (46) im Verhältnis 3 : 2 eingedüst. Durch das Eigendruckverhalten des soeben entstandenen Knallgases entsteht Eigenzündung.

In Bild <B5< wird nun in diese hohe Zündtemperatur (ca. 4200°C) wiederum H₂O eingespritzt wodurch zusätzlich Knallgas entsteht und somit zur Kraftverstärkung beiträgt.

In Bild <B6< hat nun die Dichtklappe (T1) seinen vollen Druck bis er dann als vorlaufende Dichtklappe (<B1<) dient, und sich dieser gesamte Vorgang wiederholt. Fünfzehn-Mal pro Umdrehung.

Bei dieser Konzeption ergibt sich, daß dieser Motor mit geringer Drehzahl betrieben und trotzdem eine starke Leistung bei größter Laufruhe vollbringt.

Bezugszeichenliste

21 1. Gehäusehälfte
22 2. Gehäusehälfte
23 Dichtklappen
24 Dichtklappenfedern
25 Dichtklappenbett
26 Düsensatz
27 Entlastungssteuerkante
28 Abgasauslaßbohrung mit Rückschlagventil
29 Abgassammelbohrung
30 Abgasflansch
31 Kühlkammern
32 Arbeitskammer
33 Arbeitsfläche
34 Rotationskolben
35 Steuernocken
36 Sockelbau
37 Außenwandung des Arbeitsraumes
38 Kugellagersitz für 3. Läuferteil
39 Kühlmitteleinlaßflansch
40 Kühlmittelauslaßflansch
41 Schmiermitteleinlaßleitung
42 Schmiermittelauslaßleitung
43 Bohrung f. Düsensatz
44 O₂-Befüllkanal
45 H₂O-Befüllkanal
46 H₂-Befüllkanal
47 Gehäusetrennung (mit Dichtung)
48 Schmiermittelverteilerbohrung
49 Dichtring
50 1. Rotationskolbenteil
51 2. Rotationskolbenteil
52 3. Rotationskolbenteil
53 Antriebswelle
54 Kugellager
55 Abgasführung
56 Schmiermittelumlaufleitung
57 Dichtringnut
58 Lageraufnahmezapfen
59 Lagersitz
60 Bohrung für Antriebswelle
61 Antriebswellensockel
62 Bohrung für Treiberstift
63 Treiberstift
64 O₂-Düse
65 H₂O-Düse
66 H₂-Düse

Claims

1. H₂-Rotationskolbenmotor, mit einem Gehäuse, in dem ein Rotationskolben ange ordnet ist, der Rotationskolben mit auf den Umfang verteilten Dichtklappen ein schwenkbar mit Federunterstützung integriert ist, wodurch die Anpassung an die Arbeitsperipherie des Gehäuses, welche in Arbeitsräume durch Steuernocken unter teilt sind und jeweils mit einem Düsensatz bestückt und zum anderem den Entsor gungsraum mit Auslaßventil für die integrierte Sammelendgasabführung, ausge rüstet sind, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtklappen (23) durch Einpassung in den Rotationskolben (34) im Dichtklappenbett (25), unter Steuerdruck der Dicht klappenfedern (24) und der Kraftumsetzung durch den Dichtklappenstift (63), ein optimales Kraftumsetzungsverhalten in die direkte Rotation des Rotationskolben gewährleistet.

2. H₂-Rotationskolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das seitliche Druckdichtsystem für die Dichtklappen (23), mittels Druckdichtbohrung (70), wirksam über Dichtleistenführung (69) und den Dichtleisten (68) wird.

3. H₂-Rotationskolbenmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das beschriebene Druckdichtsystem auch an anderen stellen der Arbeitskammer (32) anwendbar ist.

4 H₂-Rotationskolbenmotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufperipherie durch Steuernocken (35) unterteilt sind, somit die Arbeits kammern (32) bilden und die Versorgung mit den Treibmitteln durch die Düsen sätze (26) sowie die Entsorgung der Endgase durch die Abgasauslaßbohrung (28) beinhaltet.

5. H₂-Rotationskolbenmotor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß H₂O über den Düsensatz (26) neben O₂ und H₂ als Gleitmittel zum Einsatz kommt.

6. H₂-Rotationskolbenmotor nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß H₂O über den Düsensatz (26) als Treibmittel bzw. als Knallgasverbrennung durch Selbstspaltung zum Einsatz kommt, und somit die Verwendung der Edelgase Was serstoff und Sauerstoff auf ein Minimum beschränken, welche wahlweise zu Kühl zwecken in den Kühlkammern (31) eingesetzt werden.