DE19915219C2

DE19915219C2 - Kolben-Motor oder Kompressor

Info

Publication number: DE19915219C2
Application number: DE1999115219
Authority: DE
Inventors: Helmut Heuer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-04-03
Filing date: 1999-04-03
Publication date: 2003-12-24
Anticipated expiration: 2019-04-04
Also published as: DE19915219A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Motor oder Kompressor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekannte Kolbenmotore und Kolbenkompressoren haben gemeinsam, dass für jeden Zylinder eine Einheit Pleuel und Pleuelbolzen und Lagerelemente vorhanden sind. Diese übertragen die erzeugte (oder verwendete Kraft beim Kompressor) Energie auf die kostenintensive Kurbelwelle. Die Pleuel erzeu gen einen beachtliche Schrägdruck auf die Kolben. Gemeinsam ist bei beiden die Art der Schmierung: Tauch-, Druck- oder Sprühschmierung. Bei jeder Umdrehung ist der Gleitweg im Pleuellager sehr gross. Dieses gilt ebenfalls für Motore mit Kurbelschleifengetriebe, die mir aus meinen Recherchen in Aachen und Köln bekannt wurden. In dieser Bauweise ist der Gleitsteinweg gleich Kurbelhub, die Schmierung entspricht licht der Belastung. Die Ver wertung der Druckenergie (Verbrennung oder Kompression) zur Erzeugung einer Hochdruckschmierung wird nicht genutzt.

Die Verwertung der Abgase wird nur in Ladeturbinen vorgenommen. Die von Herrn Haeberle vorgeschlagene Energienutzung durch einen Speicher der Heissen Auspuffgas-Energie in einem Platinschwamm; in den Wasser injek tiert wird, das verdampft und einen 2. Kolben treibt, ist eine mir bekannte Form der Abgasnutzung. Dieser Motor wurde im "Hobby Magazin der Technik: 4.2.1980" beschrieben. Der Aufbau erfolgte in einer konventionellen Pleuel-Kurbelwellen Bauweise. Der ebenfalls im "Hobby: 2.2.1991" beschrie bene "Fichtmotor" hat zwar paarweise verbundene Kolben, hat aber beschrie bene Nachteile: Eine entsprechend erforderliche Schmierung des lange Wege machenden Kulissensteins ist nicht beschrieben. Bislang ist meines Wissens nach noch kein industrieller Nutzen dieser Ideen erfolgt.

Die Druckschrift DE 40 35 562 C2 zeigt beispielsweise einen Doppelkolben motor, dessen gegenüberliegende Kolben eine gemeinsame Kolbenstange mit Kurbelschleife aufweisen, in der ein Gleitstein verschiebbar gelagert ist. Der Gleitstein ist mit einem Kurbelzapfen verbunden, so daß er notwendigerweise bei jeder halben Umdrehung der Kurbelwelle einen dem Kolbenhub entspre chenden Gleitweg ausführen muß.

Die Aufgabe dieser Erfindung ist, einen verschleißarmen, billig herzustellen den Motor zu bauen, der geeignet ist für stationäre Krafterzeugung (z. B. Pumpstationen und Wärme-Stromerzeugung für Wohneinheiten.)

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 10 enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Es wird erfindungsgemäß ein Kolben-Motor oder -Kompressor mit einem Kurbelzapfen für 4 oder 6 Zylinder, die sich paarweise gegenüberliegen, geschaffen. Diese Kolbenpaare sind durch Gehäuse verbunden. In den Gehäu sen sind Gleitelemente, die durch jeweilige Belastung Hochdruck geschmiert werden. Besagte Gleitelemente ermöglichen Hebeln die Kraftübertragung auf ein Pleuel und Kurbelzapfen durch Ausgleichen der Hebelradien. Spiel wird durch hydraulischen Ausgleich vermieden. Der bei dieser Bauweise kaum auftretende Verschleiss wird automatisch ausgeglichen.

Wo reichlich Kühlwasser vorhanden ist, kann die 6 Zylinder Version verwen det werden. Bei diesem System ist eine optimale Ausnutzung der Energie im mittlerem Zylinderpaar erreicht. Die mit überhitztem Wasser vermengten Auspuffgase erzeugen einen erheblichen Druck und der anschließendem Sog durch Kondensation dieses Gemisches erreicht eine große Leistungssteigerung gegenüber den üblichen Bauweisen. Schiffmotore, die nach diesem System gebaut werden, können in einer Reihe gekuppelter Einheiten in beliebiger Stärke hergestellt werden.

Ein weiterer Vorteil dieser Reihenmotor-Bauweise ist: Nur eine kleine Luke ist für den Einlass in den Motorenraum erforderlich. Bei Ausfall einer Einheit kann diese stillgelegt werden (Kupplung). Selbst mit Bordmitteln ist ein Austausch einer defekten Einheit durch Ersatz möglich. Die Abgase, welche mit dem entstehenden Dampf kondensiert werden, sind möglicherweise chemisch zu reinigen. Da die Kolbeneinheiten fest verbunden sind, entsteht kein Seitendruck wie bei der herkömmlichen Kurbelwellen-Pleuel Bauweise. Da die Bewegung des Gleitsteins nur den Hebelradius zu kompensieren hat und außerdem durch die neue Art der Schmierung kaum seitliche Schubkräfte auftreten, ist die Herstellung adiabatischer Motore (DE 40 14 036 A1) auf diese Art möglich.

Nach Art eines Kreuzkopfs, angewandt bei Dampfmaschinen, kann der im oberen Bereich in den Zylinder eintretende obere Gleitsteindeckel geformt werden. Diese Bauart würde bei extrem hohen Verdichtungen die bei Kom pressoren auftreten eine seitliche Belastung verhindern.

Da die 6 Zylinder Bauweise durch gegenläufige Zylinderpaare leichter auszuwuchten ist, ist der Herstellung großer Einheiten keine Grenze gesetzt. Die Umweltfreundlichkeit ist besonders hervorzuheben.

Beschreibung der 4 Zylinder Anordnung

Die Erfindung betrifft einen Hebel-Kolben-Motor gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

1. In einem seitlich mittig geteiltem Gehäuse 1 ist ein Hebelpaar 2 durch eine Welle 3 verbunden. Diese tritt einseitig aus dem Gehäuse
2. Kraftschlüssig ist mit dieser Welle ein Hebel 4 verbunden. Durch diesen wird die Energie auf konventionelle Weise auf die Kurbelwelle 5 übertragen.
3. Nur ein leichtes Gehäuse ist um diese Einheit, außerhalb des Kraftflusses liegend, erforderlich.
4. Da dieser Teil leicht zugänglich ist, kann die nadelgelagerte Pleuel- und Kurbelzapfen-Einheit sehr leicht gewartet werden.
5. Der Ölfluss erfolgt durch 3 in die Hebel 2 und tritt dann in die Verbin dungsbolzen 6 ein.
6. Die Hochdruckschmierung wird erreicht, das Öl über die Ventile 7 in die Kompressionskämmern 8 fliesst. Damit werden die Gleitteile 9 an die Verbin dungsgehäusedeckel 10 gedrückt. Das Spiel im Verbindungsgehäuse VG. ist vollkommen eliminiert. Durch Kompression und Verbrennungsdruck wird das Öl auf beanspruchten Teile durch Bohrungen 11 (ersichtlich in Zeichn. 2) mit hohem Druck gepresst. Dadurch wird der Ölfilm wesentlich verbessert und eine optimale Schmierung entsteht.
7. Teile 12, 13, 14 symbolisieren Verbindungsteil, Kolben und Zylinder. Teile 10, 12, und 14 können aus einem Stück hergestellt werden. Zeichnung 2 ergibt verschiedene Gleitstück-Systeme. Die Möglichkeiten, diese zu verändern ist kaum zu begrenzen.
8. Das Wesentliche, die Wirkungsweise der Hochdruckschmierung ist immer gleich. Hier ist ersichtlich, dass durch die Bohrungen 11 im Körper 15 Hochdruck-Öl auch auf die belasteten Flächen von 6 gepresst wird. Die Distanzstücke 16 verbinden jeweils die Kolbenpaare.
9. Eine mit gleiterleichternder Beschichtung versehene, oder harte Folie kann zwischen Teil 10 und 16 eingebaut werden um die Friktion noch weiter zu minimieren.
10. Die Teile 16 (2 mal) und 10 (2 mal) sind verschraubt oder vernietet. Diese ergeben das Gleitsteingehäuse V. G.

Beschreibung der 6 Zylinder Bauweise

1. Ist mit der Beschreibung 1.-4. in der Wirkungsweise identisch insoweit, dass die erzeugte, beim Kompressor verwendete Energie, auf die Teile 4, 5 übertragen wird. Hinzugefügt ist ein weiteres Hebelpaar 2a das nur der Kraftübertragung des außen liegenden dritten Kolbenpaares dient (Gezeichnet als Abtrieb). Der Abtrieb kann wahlweise von der Welle 3 des ersten oder zweiten Hebelpaars erfolgen
2. Dieses Hebelpaar 2a in Zeichnung 3 ist mit dem gleichen V. G an dem Verbrennungskolbenpaar aufgebaut, wie beim 4 Zylinder. In Zeichnung 3 ist ersichtlich wie die Hebelaare wirken
3. Alle Kolbenpaare werden durch das V. G. System bewegt. Der Bolzen 6a überträgt die Kraft von 2a durch Gleitstein-System (Zeichnung 4). Darin sind die gleichen Hauptmerkmale wie in 8. Beschrieben, unveränderlich.
4. Der Arbeitsablauf erfolgt: Zyl. 1 drückt Auspuffgase mit überhitztem Kondensat vermischt über Auslassventile 2 durch den offenen Drehschieber in den mittleren Zyl. 2D. Zyl. 3 komprimiert. Spiegelbildlich, nicht gezeichnet, saugt Zyl. 2 und Zyl. 4 brennt. Der Drehschieber ist zum Kondensator offen. Bei der folgenden viertel Drehung erfolgt Vorgang wie bei Zyl. 1. Die Ventilsteuerung (Drehschieber, oder Konstruktions- bedingt, Ventile) kann Mechanisch oder hydraulisch betätigt werden.
5. Die Zylinder 1-4 werden mit einer Flüssigkeit gekühlt, die einen hohen Verdampfungsgrad hat. Diese, in einen Wärmeaustauscher gepumpt, erzeugt in dem Kondensat eine Überhitzung. Dieses, elektronisch geregelt, wird jeweils in die zum günstigsten Dampfdruck führende Menge in die Auspuffga se gesprüht. Der Verlust durch Auspuffschub ist minimal, da Zyl. 1D u. 2D einen mehrfach Inhalt als die Brennzylinder haben.

Der beschriebene 4 Zylinder Motor ist nur als Langsamläufer zu betrachten. Die Auswuchtung für eine begrenzte Umdrehung ist technisch kein Problem.

Claims

1. Kolben-Motor oder -Kompressor mit

- wenigstens einem Zylinderpaar,
- wenigstens einem in diesem Zylinderpaar laufenden Kolbenpaar,
- wenigstens einem das Kolbenpaar verbindenden Zwischenstück, in dem mindestens ein Gleitstein angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Gleitstein ein Hebel verbunden ist, welcher zur Kraftübertragung mit einem Pleuel und einem Kurbelzapfen zusammenwirkt.

2. Kolben-Motor oder -Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Hebel Teil eines Hebelpaars (2) mit einer gemeinsamen Welle (3) ist.

3. Kolben-Motor oder -Kompressor nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück, welches den Gleits tein-Verbindungs-Körper bildet, mehrere Kammern enthält, in die Öl mit niedrigem Druck über ein Ventil einströmt.

4. Kolben-Motor oder -Kompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass die Kammern leichtgängig gedichtet sind, z. B. durch öldichte Passung, wahlweise "O"-Ringe oder andere Dichtelemente.

5. Kolben-Motor oder -Kompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass die die Kammern deckenden Elemente an der Innenseite des Zwi schenstückes gleiten.

6. Kolben-Motor oder -Kompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, dass die Dichtelemente als Zylinder oder Platten hergestellt sind und durch Brenndruck oder Kompressionsdruck in den Kammern, dem Andruck entsprechend Hochdruck erzeugen, welcher über Bohrungen im Verbindungs teil-Körper und Elementen die beanspruchten Seite des Zwischenstückes wie auch die obere Hälfte der Verbindungsbolzen mit Hochdruck schmiert.

7. Kolben-Motor oder -Kompressor nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Ausgangswelle zur Kraftübertra gung auf eine Kurbel vorgesehen ist.

8. Kolben-Motor oder -Kompressor nach einem der vorangehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass er drei Kolbenpaare aufweist, wobei die Abgasenergie genutzt wird.

9. Kolben-Motor oder -Kompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, dass der Brennzylinder mit einer Flüssigkeit gekühlt wird, die einen hohen Siedepunkt hat, und die enthaltene Energie über einen Wärmeaustau scher an Wasser überträgt.

10. Kolben-Motor oder -Kompressor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch Überhitzung unter hohem Druck stehendes Wasser elektronisch gesteuert in das mittlere Zylinderpaar, jeweils im oberen Totpunkt in die Auspuffgase gesprüht wird, wobei Dampfdruck entsteht, der die Energie der Auspuffgase grösstenteils ausnutzt und wobei die Restenergie anschliessen durch Kondensation verwertet wird.