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Gegenstand der Erfindung ist eine Kolben-Wärmekraftmaschine mit innerer Umwandlung des Gas-Luftgemisches zur Volumenvergrößerung und Antrieb einer Kurbelwelle.
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Es sind Verbrennungsmotoren bekannt die durch Zündvorrichtungen ein Gas-Luftgemisch entzünden und damit Energie in bewegliche Arbeit umsetzen. Die Verbrennung erfolgt dabei mehr oder weniger spontan bzw. explosionsartig. Die Verbrennung wird beispielsweise ausgelöst durch Platin beschichtete Glühkerzen.
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In der deutschen Patentschrift
DE 199 04 269 C2 wird ein Heißluftmotor beschrieben. Dieser besteht aus eine Einheit Kolben + Verdränger und sich in einer Einheit Zylinder + Hitzkopf hin und her bewegt und Luftein- und -auslässe entsprechend angeordnet sind. Er zeichnet sich dadurch aus, dass der Verdränger nicht dichtend im Gehäuserohr-Hitzkopf geführt ist und im oberen und unteren Totpunkt ein Druckausgleich zur Aussenluft stattfindet.
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Nachteilig ist an den bekannten Verbrennungsmotoren, dass diese stark mechanisch belastet werden. Außerdem entstehen Verbrennungsgase mit umweltschädlichen Abgasen, die im Nachhinein mit einem Katalysator gereinigt werden.
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Bei diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Kolben-Wärmekraftmaschine zu entwickeln, die bei der Umwandlung des Gas-Luftgemisches diese gleichzeitig kontinuierlich reinigt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Hauptschutzanspruches der Kolben-Wärmekraftmaschine gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Durch die Erfindung wurde das Problem dadurch gelöst, dass an einem Kolben im Zylinder, im Zylinder oder zwischen mehreren Zylindern mit Kolben ein Katalysator so angeordnet ist, dass ein Luft-Gasgemisch den Katalysator durchströmen muss.
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Vorteilhaft ist es eine Kolben-Wärmekraftmaschine mit einem Grundgestell, einer Kurbelwelle, einer Führungsbuchse für den Kolben innerhalb des Zylinders herzustellen. Der Zylinder ist dabei auf einer festen Achse drehbar gelagert. In Richtung der Kurbelwelle befindet sich im Gehäuse bevorzugt der Einlass im Grundgestell und der Zylindereinlass sowie am oberen Ende des Zylinders ein Auslass und im Gehäuse der Auslass.
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Der Kolben befindet sich während des Arbeitszyklusses in verschiedenen Positionen innerhalb des Zylinders. Durch die Schwenkbewegung des Zylinders wird der Einlass im Zylinder mit dem Grundgestelleinlass schlüssig zusammengeführt, damit das Gas-Luftgemisch aus einem Druckvergaser in den Hohlraum des Zylinders einströmen kann. Der Katalysator ist in dieser Ausführung erfindungsgemäß fest auf dem Kolben angeordnet.
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So bewegt sich der Katalysator durch ein mit einem Gas-Luftgemisch gefüllten Zylinder. Durch den erhitzten Katalysator wird das Gas-Luftgemisch kontinuierlich entzündet, wobei ein Druckanstieg innerhalb des Zylinders entsteht und der Kolben nach unten in dem Zylinder gedrückt wird und die Kurbelwelle antreibt.
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Der Austausch des Gas-Luftgemischs wird durch oben und unten angeordnete Öffnungen im Zylinder, der auf einer Achse drehbar gelagert ist, erreicht, die sich durch die Drehung der Kurbelwelle öffnen und schließen. Das Gas-Luftgemisch wird durch einen handelsüblichen Druckvergaser erzeugt.
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Erfindungsgemäß ist es aber auch möglich den Katalysator in einem getrennten Zylinder anzuordnen, wobei sich im Zylinder zwischen einer Einlass- und einer Auslassöffnung zwangsweise hin und her bewegt mittels einer Schubstange, die über ein Kurbelwelle angetrieben wird. Der Kolben in einem separaten Zylinder, der über ein Rohr mit dem Zylinder des Katalysators verbunden ist, treibt dabei die Kurbelwelle an.
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Es ist aber auch möglich, den Katalysator zwischen zwei Zylindern mit je einem Kolben anzuordnen. Dabei sind die beiden Zylinder mit ihren Kolben über ein Rohrleitungssystem, in dem sich ein Katalysator befindet, verbunden.
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Der Katalysator ist bevorzugt flächenartig aufgebaut, wobei andere Gestaltungsmöglichkeiten auch möglich sind. Das Trägermaterial für die aktive Katalysatorschicht, die bevorzugt aus Palladium oder anderen geeigneten Metallen, besteht, besteht aus bekannten Materialien, die Wärme speichern und so die Betriebstemperatur zeitlich über die einzelnen Arbeitzyklen halten und den Zeitraum überbrücken.
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Weitere Anordnungsmöglichkeiten sind in den nachfolgenden Figuren beispielhaft dargestellt.
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So ist die Erfindung nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
- 1 Darstellung der Kolben-Wärmekraftmaschine mit Kolben in Aufwärtsbewegung
- 2 Darstellung der Kolben-Wärmekraftmaschine, wobei der Kolben im oberen Totpunkt ist
- 3 Darstellung der Kolben-Wärmekraftmaschine, wobei der Kolben in Abwärtsbewegung ist
- 4 Darstellung der Kolben-Wärmekraftmaschine, wobei der Kolben sich am unteren Totpunkt befindet
- 5 Darstellung der Kolben-Wärmekraftmaschine mit einem separaten Zylinder für den Katalysator
- 6 Darstellung der Kolben-Wärmekraftmaschine mit zwei Kolben und dazwischen angeordneten Katalysator
- 7a Darstellung der Kolben-Wärmekraftmaschine mit fest angeordneten Katalysator im Zylinder, wobei der Kolben sich im unteren Totpunkt befindet und die Ein- und Auslassöffnungen im Zylinder angeordnet sind
- 7b Darstellung der Kolben-Wärmekraftmaschine mit fest angeordneten Katalysator im Zylinder, wobei der Kolben sich im oberen Totpunkt befindet und die Einlassöffnung im Grundgestell angeordnet ist
- 8 Darstellung der Kolben-Wärmekraftmaschine mit Kolben und externen Verdrängungsmotor in einem Zylinder
- 9 Darstellung der Geometrie eines Katalysators mit Heizelement
- 10 Darstellung eines Druckvergasers
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Die 1 bis 4. zeigen eine Kolben-Wärmekraftmaschine mit einem Grundgestell 1, einer Kurbelwelle 2, einer Führungsbuchse 3 für den Kolben 4 innerhalb des Zylinders 5. Der Zylinder 5 ist dabei auf einer festen Drehachse 9 drehbar gelagert. In Richtung der Kurbelwelle 2 befindet sich im Zylinder 5 die Einlassöffnung Grundgestell 10 und die Einlassöffnung Zylinder 11 sowie am oberen Ende des Kolbens 4 der Katalysator 6 und eine Auslassöffnung 7 und im Zylinder 5 die Auslassöffnung Grundgestell 8. Der Kolben 4 befindet sich während des Arbeitszyklusses in verschiedenen Positionen innerhalb des Zylinders 5. Durch die Schwenkbewegung des Zylinders 5 wird der Einlassöffnung Grundgestell 10 mit der Einlassöffnung Zylindr 11 schlüssig zusammengeführt, so dass das Gas-Luftgemisch 16 aus einem Druckvergaser 15, der in den 1 bis 4 nicht dargestellt ist, in den Hohlraum des Zylinders 5 einströmen kann. Der Katalysator 6 ist fest auf dem Kolben 4 angeordnet.
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Der Katalysator 6 bewegt sich durch den mit einem Gas-Luftgemisch 16 gefüllten Zylinder 5. Durch den Katalysator 6 wird das Gas-Luftgemisch 16 kontinuierlich entzündet, wobei ein Druckanstieg innerhalb des Zylinders 5 entsteht und der Kolben 4 nach unten in dem Zylinder 5 gedrückt wird und die Kurbelwelle 2 antreibt.
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Wie bereits weiter oben beschrieben erfolgt der Austausch des Gas-Luftgemischs 16 durch die angeordnete Öffnungen 7,8,10,11 im Zylinder 5, die sich durch die Drehung der Kurbelwelle 2 öffnen und schließen. Das Gas-Luftgemisch 16 wird durch einen handelsüblichen Druckvergaser 15 erzeugt.
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Die 5 zeigt eine weitere Ausführung für eine Kolben-Wärmekraftmaschine nach diesem Prinzip, bestehend aus separaten Zylinder 5 für den Katalysator 6 und einen Arbeitszylinder 13.
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Der Katalysator 6 bewegt sich durch den mit einem Gas-Luftgemisch 16 gefülltem Zylinder 5 und erzeugt eine Volumenvergrößerung des Gas-Luftgemisches mit Druckanstieg, der über eine Rohrleitung zum Arbeitszylinder 13 geleitet wird, wobei der Arbeitskolben 12 im Arbeitszylinders 13 die Kurbelwelle 2 antreibt.
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Der Zylinder 5 besitzt Öffnungen für Einlass 11 und Auslass 7 für das Gas-Luftgemisch 16 die durch einen von der Kurbelwelle 2 bewegten Steuerschieber 14 zum geeigneten Zeitpunkt geöffnet und geschlossen werden.
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In der 6 wird eine weitere Ausführung für eine Kolben-Wärmekraftmaschine nach diesem Prinzip beschrieben. Er besteht aus zwei Zylindern 5 mit je einem Kolben 4, die mit der Kurbelwelle 2 verbunden sind. Das Gas-Luftgemisch 16 gelangt durch die Einlassöffnung 11 in den Zylinder 5 mit dem Kolben 4 und wird über eine Rohrleitung mit einem stationär angebrachten Katalysator 6 in den Zylinder 5' gedrückt. Hier erfolgt der Auslass des Verbrennungsgases durch die Auslassöffnung 7. Die beiden Kolben 4, 4' sind über die Kurbelwelle 2 verbunden.
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Die Zylinder 5, 5' mit den jeweiligen Kolben 4, 4' sind um die Kurbelwelle 2 versetzt angeordnet, in diesem Beispiel um ca. 90 Grad. Es besteht dadurch ein Komprimieren und ein Entspannen des Gas-Luftgemisches 16 im gesamten Hubraum, was zu einem Antrieb der Kurbelwelle 2 führt. Die Füllung des Zylinders 5 mit Gas-Luftgemisch 16 erfolgt mit einem Druckvergaser 15. Der Antrieb kann auch erreicht werden durch verschiedene Kolbendurchmesser der Kolben 4 oder verschiedene Hebelarme an der Kurbelwelle 2.
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In der 7a+b besteht die Kolben-Wärmekraftmaschine aus Kurbelwelle 2, Zylinder 5, Kolben 4 und Katalysator 6. Der Katalysator 6 ist hier am oberen Ende innerhalb des Zylinders 5 angebracht und mit der Heizung 23 verbunden. Das Gas-Luftgemisch 16 wird durch den Kolben 4 in den Zwischenräumen des Katalysators 6 komprimiert. Dadurch wird ein Druckanstieg durch Verbrennung des Gas-Luftgemisches 16 erreicht, der die Kurbelwelle 2 antreibt. Die Füllung des Zylinders erfolgt mit einem Druckvergaser 15 über eine Öffnung 11 in der Zylinderwand. Die Befüllung des Zylinders 5 kann auch über das Kurbelgehäuse 22, wie in der 7b beschrieben, erfolgen.
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Die 8 zeigt eine Kolben-Wärmekraftmaschine, bei dem eine eingeschlossene Luftmenge 18 zwischen einem warmen Bereich 21 und kalten Bereich 20 innerhalb eines Zylinders 5 sich hin und her bewegt. Die eingeschlossenen Luftmenge 18 dehnt sich dadurch periodisch aus oder zieht sich periodisch zusammen. Dieses Verhalten wird durch einen Arbeitszylinder 5 im Verdrängerkolben 19 genutzt, um die Kurbelwelle 2 anzutreiben. Der warme Bereich 21 wird durch einen Außen am Zylinder 5 angebrachten Katalysator 6 erwärmt. Durch den Katalysator 6 strömt ein Gas-Luftgemisch 16 und verbrennt.
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In der 9 wird ein Katalysator 6 in flächenartiger Bauweise mit einem Heizelement 23 für die Vorheizung damit der Katalysator seine Betriebstemperatur erreicht und die Reaktion mit dem Gas-Luftgemisch 16 abläuft. Der Katalysator 6 kann auch eine Drahtgewebe, welches beschichtet ist beispielweise mit Palladium oder einem anderen geeigneten Element oder in anderer Form aufgebaut sein.
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Die 10 zeigt einen handelsüblichen Druckvergaser 15 bestehend aus Düse 24 und Vergaserrohr 25.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Grundgestell
- 2
- Kurbelwelle
- 3
- Führungshülse
- 4
- Kolben
- 5
- Zylinder
- 6
- Katalysator
- 7
- Auslassöffnung
- 8
- Auslassöffnung Grundgestell
- 9
- Drehachse
- 10
- Einlassöffnung Grundgestell
- 11
- Einlassöffnung Zylinder
- 12
- Arbeitskolben
- 13
- Arbeitszylinder
- 14
- Steuerschieber
- 15
- Druckvergaser
- 16
- Gas-Luftgemisch
- 17
- Arbeitszylinder
- 18
- Luft
- 19
- Verdrängerkolben
- 20
- kalter Bereich
- 21
- warmer Bereich
- 22
- Kurbelgehäuse
- 23
- Heizung
- 24
- Düse
- 25
- Vergaserrohr
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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