DE2045759A1 - Hubkolben-Wärmekraftmaschine zur Erzeugung hydraulischer Energie - Google Patents

Description

• Hubkolben-Wärmekraftmaschine zur hydraulischer Energie Patentbeschreibung: Die Erfindung betrifft eine neuartige Hubkolben-Wärmekraftmaschine zur Erzeugung eines hydraulischen Törderstormes, im folgenden "Integralmotor" genannt, zum Antrieb von vorzugsweise Hydraulikmotoren und hydraulischem Gerät. Dabei wirken die bei innerer Verbrennung entstehenden motorischen Arbeitsgase, oder die bei äußerer Verbrennung entstehenden Gas - oder Dampfkräfte über einen zylindrischen Trennkolben unmittelbar ganz oder nur zum Teil auf das hydraulische Arbeitsmedium, das ungeregelt oder druck - und mengengeregelt so durch ein Hauptsteuerorgan gesteuert wird, daß ein pu@ @ationsarmer Umlauf des hydraulischen Arbeitsmediums erfolgt, und gleichzeitig ein Bewegungszwanz der Hubkolbengegeben ist.
• Die Erfindung schließt dabei eine stufenlose Regelung zwischen der Wärmekraftmaschine, dem Erzeuger der hydraulischen Energie und dem Verbraucher ein.
• Infolgedessen kann die Wärmekraftmaschinet wie bekannt, im Bereich des besten Wirkungsgrades und in einem Bereich betrieben werden, in dem ein Minimum an schädlichen Abgasbestandteilen auftritt. Der Wirkungsgrad der Maschine ist ferner dadurch gut, weil einmal vielschichtige Kraftumlenkungen vermieden werden und zum anderen dadurch, daß nur der, der abgegebenen Nutzleistung entsprechende Leistungsteil hydrostatisch übertragen wird, während der innere "Blindleistungsfluß" weitgehend direkt mechanisch erfolgt.
• Die Erfindung wurde angeregt durch die kritische Betrachtung der heute bekannten und angewendeten hydrostatischen Pahrzeug- und Arbeitsgeräteantriebe. Sie bestehen im Weseitlichen aus einer lfubkolben-Brennkraftmaschine nach dem Otto- oder Dieselverfahren, die über ein Übertragungsteil (z.B. Kupplung, Zahnradgetriebe, Ketten- oder Riementrieb) eine hydrostatische Pumpe der verschiedensten Ausführungsarten antreibt, einer Regel- und Steuereinheit und einem Leitungspaar zu dem Hydraulikmotor für lineare, oszylierende oder drehende Bewegung.
• Bei diesen bekannten hydrostatischen Antriebssystemen, auch wenn Hydraulikpumpe, Regler, Hydraulikmotor und Tank in eineg Gehäuse vereinigt sind, treten so viele Änderungen von hin - und hergehenden, pendelnden, schwingenden, vor-und zurück drehenden Bewegungen auf, daß dadurch hohe mechanische und hydraitlische Verluste einen schlechten Wirkungsgrad verursachen und diese aufwendigen Konstruktionen schwer und teuer sind.
• Trotzdem bietet der hydrostatische Antrieb Vorteile, wie die Möglichkeit der stufenlosen Drehzahl - und Momentänderung, des Drehrichtungswechsels, der überlastsicherung und in der Freizügigkeit der baulichen Gestaltung und Anordnung Bs gilt also die Vorteile der hydrostatischen Kraftübertragung sowohl für den Antriebsmotor, als auch für die Arbeitsmaschine zu verbinden rnd trotzdem hchen Bauaufwand, Kosten und schlechten Wirkungsgrad zu meiden Die verschiedenen Wärmekraftmaschinen und die hydrostatischen Baueinheiten haben für sich allein besrachtet, heute schon einen hohen technischen Entwicklungsstend erreicht, daß durch einfaches Aneinanderfügen nur noch geringer technischer Fortschritt zu erwarten ist.
• Fortschritt und Verbesserung sowohl in funktionaler als auch in fertigungstechnischer Hinsicht sind also nur noch durch weitgehende "Integration" der einzelnen an sich bekannten, Bauteile zu neuartigen Einheiten mögliche Überlegungen ähnlicher Art sind schon im vorigen Jahrhundert angestellt worden. Vor allem hat man für Schiffsantriebe versucht, Antriebseinheiten zu schaffen, be denen Dampf oder die verbrennungsmotorischen Arbeitsgase, mit oder ohne Zwischenschaltung eines Trennkolbens, un -mittelbar auf eine angesaugte "Wassersäule" einwirken um.
• durch deren AusstoPen einen Vortrieb des Schilfes zu be -wirken. zO Be Deutsche Patente von 1912 (Nr.: 323 511) und 1935 (Nr.:612 616).
• Auch der Gedanke, hydraulische Gestänge bei der Kons1;ruktion von Wärmekraftmaschinen zu verwenden, ist schon alt, So findet ma n in der Deutschen Patentschrift Nr.117 159 von 1898, in der Britischen Patentschrift Nr.345 667 von 1930 und in der US Patentschrift Nr.2 658 486 vor 1947 sogenannte "hydrostatische Kurbeltriebe", bei denen die Dampfkräfte oder die Kräfte der verbrennungsmotorischen Arbeitsgases ohne oder mit Treimko3ben, auf ein hin- und herschwingendes hydraulisches Arbeitsmediuni einwirken, das seine Energie in einer, meist rotierenden Verdrängungsmaschine, in drehend Bewegung umwandelt Dieses Prinzip ist selbst in jüngster Zeit wieder aufgegrii'fen und vervollkommnet worden, wie u.a. auch die Deutschen Patentschriften Nr. 1 146 718 und 1 179 778 und neueste Presseberichte über die Sensation des kurbelwellenlosen Schiffsdieselmotors beweisen.
• Bei diesen Motoren handelt es sich aber immer um Ausführungsformen eines "hydrostatischen Kurbeltriebes", mit pendelndem hydraulischen Arbeitsmedium zwischen dem hubkolben der Brennkraftmaschine und einer Abtriebswelle,wobei zwischen der Frequenz der Hubkolben und der Drehzahl der Abtriebswelle ein festes Verhältnis besteht0 Die vorliegende Erfindung bedient sich zwar auch eines hydraulischen Arbeitsmediums, das von einem Hubkolben bewegt wird, aber ein Steuerorgan sorgt dafür, daß aus der hin-- und hergehenden "hydraulischen Pleuelstange" ein hydraulischer Kreislauf wird, der zudem noch druck-und mengengeregelt sein kann.
• Als weiteres Erflndungsmerkmal kommt hinzu, daß vornehmlich nur ein, der abgenommenen Nutzleistung entsprechender Leistungsteil hydrostatisch übertragen wirdo Damit ist sowohl der Antrieb von Hydraulikmotoren, als auch von Hub zylindern, Pressen, Vibratoren, hydraulischen Hämmern us.w. möglich.
• Die bisher bekannten Wärmekraftmaschinen auf hydraulischem Triebwerk nutzen uea1 auch die Möglichkeiten des hydraulischen Arbeitsmediums aus, um Totpunktlagenveränderung, Kompressionsveränderung, Steuerzeitverschiebung, Druckspitzenabbau und auch IIubverstellung während des Betriebes vorzunehmen0 Schwierigkeiten bereiten dabei aber die Elastizität der hydraulischen Pleuelstange besonders bei höheren Drehzahlen und die dabei auStretenden Eigenschwingungen, die Leckverluste, die Kühlung der meint abgeschlossenen Hydrauliksäule und Dichtprobleme an den" meistens als Rottationsmaschinen ausgebildeten Verdrängereinheiten als Kurbelwellenersatz.
• Aus diesem Grund w@rden bei der vorliegenden Erfindung sowohl für den niotorischen Teil der Wärmekraftmaschine als auch für den hydraulischen Teil des Arbeitskreislaufes nur zylindrische Hubkolben verwendet, die sich für hohe Drücke eignen und bei denen das Dichtungsproblem gelöst ist und einfache, genaue Herstellung, engste Passungen, gute Kontrolle und lange Betriebs zeiten gesichert sind.
• Auch für den wahlweise in Frage konmlenden Hydraulikmotor als Arbeitsmaschine wird der Radialkolben-Hydraulikmotor und der Kolbenzylinder vorzuziehen sein.
• Darüber hinaus bringt die Erfindung gegenüber den erwähnten bekannten Ausführungen noch den weiteren Vorteil, daß sowohl bei Maschinen, die nach dem Otto- oder Diesel -prozeß im Zweitaktve.fahren arbeiten als auch bei Wärmekraitmaschinen mit äußerer Verbrennung, wie Hei.gasmotore und Dampfmotore, der inner Blindleistungsfluß(Nutzleistung = Expansionsleistung minus Kompressionsleistung minus Um-Schiebeleistung minus Reibleistung) bei der Tandembauweise durch direkt verbundene Kolbensätze übertragen wird, oder bei der Einzelzylinderbauweise, für deren inneren Blindleistungsfluß ein eigenes inneres hydraulisches Gestänge vorhanden istt dessen Arbeitsmedium an der Nutzleistungsabgabe im Förderstrom nicht beteiligt ist.
• Die Tandembauweise und die Bauweise mit besonderem hydraulischen Gestänge erlaubt zudem den Betrieb mit höheren Hubfrequenzen, weil die Kolbensätze nach d.em herkömmlichen Sprachgebrauch nicht nur 11kraftschlüssig" sondern "kraft-und formschlüssig" in die hydraulischen Kreisläufe eingespannt sind9 Da eine höhere Leistungsausbeute aus einem gegebenen Hubvolumen einmal dadurch erreicht werden kann, daß das gegebene Hubvolumen möglichst oft zur Arbeitsabgabe herangezogen wird, also durch Drehzahl- oder Hubfrequenzsteigerung, oder aber dadurch,daß bei konstanter Drehzahl oder Hubfrequenz der mittlere Nutzarbeitsdruck erhöht wird, Hier bietet die bereits bekannte Bauart der Hubkolben-Wärmekraftmaschine mit seitendruckfreien Kolben die beste Liöglichkeit, höhere Arbeitsdrücke beim Ott- und Diesel und Heißgas- und Dampfprozeß zu fahren. Die bei der konventionellen Hubkolbenmaschine mit Kurbelwelle und Pleuel -stange außerdem noch auftretenden thermischen Probleme lassen sich dadurch beherrschen, daß auch die Wärmekraftmaschine der vorli-genden Erfindung es gestattet, die Böden und die Schäfte der Kraftmaschinenkolben intensiv durch das hydraulische Arbeitsmedium zu kühlen, weil gemäß der Erfindung in den hydraulischen Förderstrom des Arbeitsmediums ein eigener Kühler eingebaut werden kann0 Als weiterer Erfindungsgedanke ist die Lösung beschrieben, das hydraulische Arbeitsmedium auch zur Xühlung aller Bauteile der Wärmekraftmaschine und zur generellen Schmierung heranzuziehen. Als hydraulisches Arbeitsmedium kann jede beliebige Flüssigkeit -vorzugsweise Ö1 oder Glyzerin - Verwendung finden.
• Die Flüssigkeit sollte gute Schmiereigenschaften haben und ebenso temperaturbeständig sein, um Kühlaufgaben zu erfüllen. Erwünscht sind ferner geringste Kcmpressibilität und in einem weiten Temperaturbereich konstante Viskosität.
• Geht man von der Betrachtungsweise aus, daß das hydraulische Arbeitsmedium bei den zur Anwendung kommenden Betriebsdrücken bereits kompressible Eigenschaften zeigt, so drängt sich der Vergleich mit Wärmekraftmaschinen in der Bauart als Freikolbenmaschinen auf e Bei diesen.Maschinen müssen aber komplizierte Regel-und Steuereinrichtungen'und meist mechanische Gleichlaufgestänge dafür sorgen, daß während aller Arbeits -spiele die abgenommene Leistung nie größer ist als die in der Wärmekraftmaschine durch Verbrennung freigesetzte Leistung, da diese Brennkraftmaschinen ohne Schwungrad als Energiespeicher und Kurbelwelle als Zwangsbewegungsglied dabei sofort aßer Tritt" fallen und stehen bleibene Eine solche Gefahr ist bei den beschriebenen Ausführungen dadurch vermieden worden, daß, einmal ebenfalls Steuer -und Regeleinrichtungen vorhanden sind, die Druck- und Fördervolumen auf die eingebrachte Brennstoffmenge abstimmen, zum anderen aber auch dadurch, daß die den Hydraulikpumpensätzen in einem geschlossenen Kreislauf nachgeschalteten Arbeitsgeräte durch ihre eigene Massenträgheit wie Schwungräder wirken, ähnlich wie die translatorische Masse eines Kraftuagens im Fahrzustand, einer Vergrößerung des rotierenden Massenanteiles des Schwungrades gleichkommt Während Freikolben-Treibgaserzeuger oder Freikolben-Gaskompressoren meist Preßluft-Anlassvorrichtungen benötigen, sind Brennkraftmaschinen mit hydraulischem Kurbeltrieb ähnlich wie Brennkraftmaschinen mit konventionellem Kurbeltrieb mit Anlaßeinricht1rngen bekannter Art startbar.
• Auch der als "Integralmotor" bezeichnete Erfindungsgegenstand kann sowohl mit einer Pressluft oder Treibgas-An lassvorrichtung als auch mit elektrischen oder mechanischen Anlassvorrichtungen, die über die Zwringssynchronisierung auf die Hubkolbenbewegung wirken, gestartet werden Diese Zwangs synchronisierung, die zweckmässig mit dem Steuer - und Regelteil vereinigt ist, sichert nicht nur den willkürlich veränderbaren, Totlagenzwang jeder einzelnen Zylindereinheit allein, sondern auch den Gleichlauf der anderes Zylindereinheiten durch die hydraulische Verkettung so, daß völliger Massenausgleich bei allen Zylinzahlen über vier und ein möglichst pulsationsarmer Förderstrom erzeugt wird.
• Förderstrom-Mengenänderung kann dadurch erreicht werden, daß einmal zwischen sechs Tandemzylindereinheiten von Serien - auf Parallelschaltung umgeschaltet wird, daß zum anderen in einer aus sechs Tandemzylindereinheiten bestehenden Maschine Je drei zu einer Einheit zusammengefaßt werden, die gegenseitig mehr oder weniger phrasenverschoben in die gemeinsame Druckleitung fördern, oder auch durch die weiteren auch bekannten Möglichkeiten der Teilhubförderung eines jeden einzelnen gydraltlik-Pumpenzylinders oder der Veränderung der wirksamen Kolbenfläche z,B. durch mehrfache Rohr-Hülsen-Kolben. Im Zusammenhang mit der als Integralmotor bezeichneten Wärmekraftmaschine ist diese Regelung neu.
• Ebenso kann die Gleichlauf - und Synchronisierungeeinrichtung so ausgelegt werden, daß die Bewegungs - und Beschleunigungsverhältnisse der Hubkolbensätze so festgelegt werden, daß sie den angestrebten völligen Massenausgleich gestatten oder pulsationsfreie Förderung des hydraulischen Arbeitsmediums sicherstellen.
• In der Deutschen Patentschrift 1 179 778 findet sich u.a# ein bezeichnender Hinweis auf die Auslegung der zum damazeigen Zeitpunkt (1960) bekannten hydrostatischen Triebwerke. Es heißt dort im Abschnitt 4 ab. Zeile 61: diese Fehl# entwicklung beruht offenbar darauf, daß die Konstrukteure in der Vorstellung befangen bleiben, daß bei einer hydrostatisches Xraftübertragung zwischen Kolben und Welle, ebenso wie bei dem herkömmlichen Pleuel-Kurbel-Triebwerk, einem Doppelhub des Kolbens immer eine volle Umdrehung der Ab triebawelle zugeordnet sein müsse." Daher wurden in diesem Patent Ausführung von Verdrängermaschinen geschützt, die ganzzahlige,gerade, feste Übersetzungsverhältnisse zwischen Hubkolbenfrequenz und Abtriebswelle ermöglichen.
• Gegenüber all diesen Brennkraftmaschine: mit hydroetatischem Triebwerk ist die vorliegende Erfindung nicht nur neu, sondern auch fortschrittlich,. denn sie gestattet, wenn man, was nicht unbedingt erforderlich ist, den Hydraulikmotor mit in das System einbezieht, die stufenlose Übersetzungsänderung zwischen Arbeitskolben-Hubfrequenz und Abtriebswellendrehzahl den völligen Stillstand der Abtriebswelle und auch die Drehrichtungsumkehr.
• Die Erfindung gibt im übrigen dem Konstrukteur weitgehende Freiheit in der Anordnung der Zylindereinheiten, in der Art und Weise des Antriebes der Nebenaggregate wie, wenn erforderlich, des Ventii43riebes, der Kraftstoffzufuhr, der Schmierölpumpe, der Kühlmittelpumpe, eines eventuell notwendigen Lüftergebläses und der Lichtmaschine.
• Auch eine luftgekühlte Ausführung erscheint sinnvoll,wenn das hydraulische Arbeitsmedium den "innermaschinellen Wärmeaustausch" übernimmt.
• Und doch sollten Konstruktionen mit einer Zylinderanordnung in Drommelbauweise mit zentralem, innenliegenden Synchronisierungsteil der Vorzug gegeben werden, um aus kleinsteg Bauraum größte Leistung herauszuholen.
• Ventillose ZWeitakt-Verfahren könnten eventuell noch mit aus der Patentliteratur bekannten Lösungen für pumpenlose Kraftstoffeinbringung mit Vielstoffeignung, Aufladung dadurch überdimensionicrte Spülpumpen oder seperat, geregelt durch hydraulisch angetliebenen Ladern, oder durch bekannte Abgasturboaufladung kombiniert werden.
• Berichte über Versuche von Dieselbrennkraftmaschinen mit hydrostatischen Triebwerken und besonderer Brennraumgestaltung sprechen von spürbarer Verminderung der Verbrennungsrußbildung infolge hochfrequenter, kleinster Kolbenschwingungen während des Verbrennungsvorganges durch die Eigenschwingungseigenschaft des hydraulischen Arteitsmediums, das aber durch die ständige Volumenänderung nicht in Resonanz gerät.
• Auch dieser Effekt kann sich bei der Verwendung des Integralmotors als Heißgasmotor günstig auf eine Steigerung des Wärmeübergangs zwischen Arbeitsgas-Heizer-Regenerator und Rühler auswirken, Somit stellt die vorliegende Erfindung audn einen positiven Beitrag zur Verminderung der gesundheitsschädlichen Bestandteile der Verbrennungsmotorenabgase einmal dadurch dar, daß es für Verbrennungsverfahren mit kontiunierlicher Verbrennung zoBt Heißgasverfahren nach Stirling geeignet ist, als auch Diesel und ottomotorische Verbrennungsprozesse günstig beeinflußt werden.
• Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele, sowie anhand der folgenden schematischen Zeichnungen.
• Hierbei zeigen: Fig. 1, Ein Prinzipschaltbild der als Integralmotor bezeichneten Hubkolbenverbrennungskraftmaschineneinheit; Fig. 2, ein resultierendes Gaskraft- Massenkraft-und Ölkraft-Diagramm einer Zweitakt-Zweizylinder-Diesel-Tandem-Einheit, Fig. 3, einen schematischen Querschnitt durch eine Tandem-Zylindereinheit mit Kurbelschleifen-Bewegungszwang, Fig. 4, einen schematischen Querschnitt durch eine Tandem-Zylindereinheit mit Stufen-Hydraulik-Pumpenkolben mit Primär-Arbeits- und Sekundär-Steuerkreislauf, Fig. 5, einen schematischen Querschnitt durch eine Tandem-Zylindereinheit mit einfachem. Ver -drängerkolben, Fig. 6, einen schematischen Querschnitt durch eine Tandem-Zylindereinheit mit Schiefscheiben-Bewegungszwang und hydraulischem Arbeits-Primär Kreislauf, Fig. 7, einen schematischen Querschnitt durch eine Tandem-Zylindereinheit mit Bewegungszwang durch einen Zwei-Kammer-Kapselverdränger, Fig. 8, einen schematischen Querschnitt durch eine U-förmig angeordnete Zweizylindereinheit mit Bewegungsswang durch einen in die Koppel eingeschalteten Kapselverdränger.
• SigF 9, einen schematischen Querschnitt durch eine Tandem-Zyl.ndereinheit mit elektromagnetischer Betätigung des Steuerorgans, Fig. 10, einen schematischen Querschnitt durch eine Tandem-Zylindereinheit mit pneumatischer Betätigung d!s Steuerorganes, Fig. 11, einen schematischen Querschnitt durch eine Tandem-Zy;'indereinheit mit schwingender und drehender Kolbenbewegung durch Schiefscheibenführung, Fig. 12, einen schematischen Teilschnitt durch einen Integralmotor, mit rotierenden Rohrschieber und Bewegungszwang durch Koaxialen Sperrschieber-Zweikammer-Verdränger.
• Figo 13a,einen schematischen Querschnitt durch eine hydraulisch-mechanische Synchronisier-, Steuer-und Bewegungseinrichtung bei 600 Stellung nach dem oberen Totpunkt Fig. 13b,wie 13a, jedoch bei 60°Kurbelwinkel nach dem unteren Totpunkt, Fig. 14, eine schematische Darstellung von Serien- und Parallel-Schaltung von sechs Tandem-Zylindereinheiten, Fig. 15a eine schematische Darstellung von Voll-,2/3-, 15b 15c 1/5- und Nullförderung durch Steuerzeitverschie-15d bung, Fig. 16, den Fördervolumenverlauf einer Umdrehung einer drei. Zylinder-Hydraulikpumpe ohne und mit Glättungseinrichtung.
• Das in Figur 1 dargestellte Prinzipschaltbild eines nach Otto - oder Dieselv^-rfahren arbeiteLden Integralmotors zeigt einmal die Trennlinie zwischen Arbeits - und Kraftmaschine, den Kraftfluß vom Verbrennungsmotorenteil mit Blindleistungsrückfluß in die Hydraulikpumpe des Primär-Arbeitskreislaufes und den Steuerungsantrieb über den Sekundärkreislauf, den weiteren Leistungsfluß über die Synchronisierung und das Umsteuerteil zum Hydraulikmotor.
• Perner in der linken und rechten Blockreihe die Steuer -und Reglungsgrößen, die Zusatzgeräte und die Nebenabtriebeo Die vielseitige Verkettung wird in den Ausführungen zu den folgenden Darstellungen erläutert.
• Der in Figur 2 dargestellte Verlauf der Gaskräfte, der Massenkräfte bei ungestörter sinusförmiger Bewegung und der daraus resultierenden Kräfte auf das hydraulische Arbeitsmedium läßt den Vorteil der Tandembauform erkennen.
• Bei dem angenommenen Betriebszustand (etwa halbe Last,und Maximalfrequenz) stellen sich bei theoretisch unelastischem hydraulischen Arbeitsmedium nur Druckschwankungen von + 15 bis 20% der Arbeitsdruckschwankung im Verbrennungsmotorenzylinder ein. (Hier aufgeladener 2-Takt-pieselmotor als Grundlage). Der mit-lere Nu:zdruck eines aufgeladenen 2-Taktdieselmotores mit seitendruckfreien Kolben und intensiver Kolbenkühlung kann heute gefahrlos bis 15 Kp/cm² gesteigert werden, der mittlere Arbeitsdruck einer Qualitätshochdruck-Hydraulik kann 250 Kp/cm² betragen, d.h. das Kolbenflächenverhältnis zwischen Motorkolben und Hydraulik-Kolben kann 15 : 1 betragen, ( In allen folgenden schematischen Zeichnungen ist dieses Verhältnis nicht ei..1gehalten, um durch Vergrößerung des hydrostatischen Teiles die Einzelbeiten besser sichtbar zu machen)o Figur 3 stellt die vom Prinzip her einfachste Ausführung einer Integralmotor-Tandem-Zylindereinheit dar.
• Die Kolben des Verbrennungsmotores 3a und 3b sind über die Kolbenstangen 4a und 4b mit dem doppelseitig wirkenden Pum penkolben 5 fest verbunden. Dieser gleitet in dem Pumpengehäuse 6 zwangsläufig hin. und her, weil sein Bewegungsablauf von einem Kurbelschleifentrieb 7 vorgegeben wird, der hier durch ein Gabelstück 34 und einen Gleitstein 35 vereinfacht dargestellt wirdb Bei der Bewegung der Kolben von rechts nach links, bildet sich. links der Druckraum 10 und rechts der Saugraum 11 des Primär-Arbeitskreislaufes aus.
• In dieser Figur wird noch auf die Darstellung der Steuerort gane verzichtet.
• Figur 4 zeigt ebenfalls einen schematischen Querschnitt durch eine Tandem-Zylindereinheit bei der aber ein Hydraulik-Stufenkolben 5a,5b,5c über die Kolbenstangen 4a,4b mit den Motorkolben 3a und 3b verbunden ist. dadurch entstehen im Steuergehäuse 6 bei der Hin - und Herbewebung des Stufenkolbens vier sich verändernde Räume 10,11,16 und 17, von denen hier 10 und 11 dem Primär-Arbeitskreislauf und 16 und 17 dem; Sekundär-Steuerkreislauf zugeordnet sind0 Werden nun die Räume 16 und 17 mit einem hier nicht gezeichneten * Zweikammer-Kapsel-Verdränger verbunden, so gibt; dieserin engen Grenzen die Bewegung des Kolbensatzes 3a,5a,5c, 5b, 3b vorO Auch das Verdrängen oder das Ansaugen des hydraulischem Arbeitsmediums erfolgt dann theoretisch nach dem gleichen Bewegungsgesetz.
• Wesentliche bauliche Vorteile erbringen ess wenn, wie in Figur 5 schematisch dargestellt, der Bewegungszwang nicht mechanisch wie in Figur 3, oder durch einen hydrauiiischen Steuerkreis wie in Figur 4, erfolgt, sondern dem Arbeitskreislauf auch gleichzeitig die Zwangsbewegungsaufgabe erteilt wirdo Die Motorkolben 3a, 3b sind dann direkt ohne Kolbenstange mit den Hydraulikkolben 5a und 5b verbunden, die Solbenstange 4 zwischen den Hydraulikkolben stellen dann die Tandembauweise her, so,daß durch das Gehäuse 6 umschlossen, die zwei Ansaug - und Verdrängerräume 11 und 10 entstehen.(Lösungsmöglichkeiten für einen Bewegungszwang durch den Arbeitskreislauf zeigen die Figuren 13a und 13bt auf die später noch eingegangen wird.) Die Darstellungen ddr Figuren 1-5 sind zur allgemeinen Einführung gedacht.
• Einen Überblick über eine Integralmotorei:iheit mit nachgeschaltetem "Verbraucher" gibt schematisch Figur 6.
• Dabei handelt es sich wieder um eine Tandembauweise mit mechanischen Bewegungszwang. Die Wirkungsweise ist wie folgt zu erklären: Im Verbrennungsraum 20a des linken Motorzylinders der durch den Zylinder 1a, den Zylinderkopf 2a, den Kolben 3a und die Ventile 22a abgeschlossen ist, wirkt die Expansionskraft de@ verbrennenden Kraftstoffluftgemisches über die Kolbens tange 4at den Hydraulikkolben 5a, die Schiefscheibe 7 auf den Hy draulikkolben 5b und damit auf das im Primär-Kreislauf-Druckraun lo vorhandene hydraulische Arbeitsmedium, aber auch über die Kolbenstange 4b und den rechten Motorkolben 3b auf die im Raum 20b eingebrachte Ladeluft, die kurz vorher vom Verdichtungsraum 21 in den Brennraum durch Überströmkanäle übergetreten isto Die Schiefscheibe 7 hat das mit ihr fest verbundene Haupt steuerorgan 8 - hier in der Ausführung als Walzendrehschieber gezeichnet ~ in eine Stellung gebracht, ia der der Druck-Kanal 12 iL Hauptsteuerorgan den Weg zur Druckleitung 14 gerade freizugeben beginnt. (Kurz nach dem oberen Totpunkt).
• Gleichzeitig hat auch das Hauptsteuerorgan den Weg für das Arbeitsmedium aus der Saugleitung 15 über die Saugkanäle 13 zum Saugraun 11 freigegeben.
• Besteht beim; "nach-rechts-gehen" des Kolbensatzes immer Arbeitsüberschuß, so wird der Hauptteil der Arbeit dem HydrauliSmo.tor 50 zugeführt, ein geringerer Teil zur Verdichtung der Verbrennungsluft im Zylinderraum 20 b verbraucht und nur sehr wenig Arbeit dazu verwendet, die Schiefscheibe 7 mit dem Hauptsteuerorgan 8 weiterzudrehen. Der rücklauf des hydraulischen Arbeitsmediums erfolgt unter leichtem Gegendruck durch den Druckspeicher 54 über Kühler 51, Filter 52 in den Tank 53 und von dort zurück in die Saugleitung 15.
• Da die Schiefscheibe 7 nicht nur den Bewegun;szwang für die im Querschnitt gezeigt Zylindereinheit vorgibt, sondern auch für weitere, z.B. in Trommelbauform angeordnete Zylindereinheiten dient, die dann auch durch das beschriebene Hauptsteuerorgang 8 funktionsgerecht mit der Druck -und Saugleitung 14 und 15 verbunden werden, ist ein Rundlauf gesichert, solange die Arbeitsmaschine nicht mehr Leistung aufninunt, als die Kraftmaschine abgibt. Das ist aber auch bei der herkömmlichen konventionellen Motorbauart mit mechanischer Kraftübertragung der Fall. Hier sorgt zwar ein Schwungrad für eine mögliche geringe Energiespeicherung, beim beschriebenen System des ungeregelten Integralmotores ist die translativ bewegte Fahrzeugmasse insofern ein "Schwungradersatz", als die beschriebene Ausführung "umkehrbar" ist, d.h. an der Abtriebswelle des Hydraulikmotores 50 kann ein Drehmoment eingeleitet werden, das im Hydraulikmotor einen Förderstrom erzeugt, der imstande ist, über die Saugleitung 15 den Integralmotor vGn "rückwärts" in gleicher Drehrichtung weiter anzutreiben, ohne daß ein Umsteuervorgang notwendig ist.
• Ein als Fahrzeugantrieb verwendeter Integralmotor kann also auch durch Anschieben des Fahrzeuges gestartet werden. Damit iBt auch eine Motorbremsung sichergestellt.
• Figur 7 zeigt den schematischen Querschnitt durch eine Integralmotor-Zylindereinheit in Tandembauweise mit Primär-Arbeitskreislauf und einem Sekundär-Steuerkreislauf, der den von einem Zweikammer-Exzenterverdränger erzeugten Bewegungszwang auf die Hubkolbeneinheit überträgt Die Bauteile 1 bis 6 sind ähnlich wie in Figur 6 dargestellt, ausgeführt, nur ist hier die Schiefscheibe durch den Exzenter-Verdränger 29 ersetzt, der durch die Sperr schieber 31 mit Dichtelementen in zwei gleichgroße Arbeitsräume unterteilt wird, die mit dem Sekundär Zulaufraum 16 und dem Ablaufraum 17 durch immer offene Kanäle in Verbindung stehen, Auf der Exzenterwelle 28a sitzen ebenfalls die beiden Hauptsteuerorgane 8a und 8b, die in Wirklichkeit nicht hinereinander,sondern zur besseren Darst ellung,neb eneinander liegend dargestellt sind0 (Welle 28a, 28b,. 28c ist also ein Teil). Aus gleichem Grund ist auch der Ansaugkanal 13 in 13a und 13b, und die Druckleitung 14 in 14a und 14b gegabelt gezeichnet.
• Die Hubkolben-Tandemeinheit ist in Mittelstellung mit Bewegungsrichtung nach links dargestellt, 5> daß Raum 1o der Druckraum und Raum 11 der Saugraum für aen Primär-Arbeitskreislauf wird. Exzenter 29 und die als Dreh -schieber dargestellten Rotoren des Eauptsteuerorganes drehen in Uhrzeigersinn, so daß nach weiteren 900 Kurbelwinkel die Umschaltung der Arbeitsräume erfolgt. Gemäß Figur 6 schließt sich an die Saug - und Druck- - -leitung wieder die Arbeitsmaschine oder der Verbraucher an Auf deren Darstellung wird in den folgenden Figuren verzichtet0 Figur 8 zeigt einenim Prinzip ähnlichen Rewegungszwang durch einen Zwei-Kammer-Kapsel-Verdränger, aber für eine Zweizylinderbauart in u-förmiger Bauweise. Hierbei ist es nicht möglich nur die Nutzleistung hydrostatisch zu übertragen. Im Druckraum 10, im Hauptsteuerorgan 8R im Druckkanal 12, in der Druckleitung 14 bis in den Verbraucher 50 pflanzen sich die Druckspitzen durch die motorische Verbrennung fort. Ja selbst das "Saugleitungssystem" 51,52,53,54,15,13 und 11 steht dann unter Druck,wenn im Zylinderraum 20b die Ladeluft verdichtet wird. Trotzdem hat dieses System auch Vorteile, als der Kapselverdränger in die Koppelleitung 16 und 17 eingeschaltet werden kann und die Rückseite cer Hydraulikkolben 5a und Sb die Sekundärkreisräume bilden, Auch kann ein weiterer Walzenschieber auf der gemeinsanen Welle 28 des Kapselverdrängers als Einlaß- oder Auslad -Drehschieber 23,24 für den Verbrennungsmotorteil dienen.
• Auch das Hauptsteuerorgan 8 ist zur besseren Darstellung des Xanalverlaufes, gekippt gezeichnet.
• In Figur 9 ist ein elektromagnetisch betätigtes Hauptsteuerqrgan in Verbindung mit einer Tandemzylindereinheit dargestellt.
• Die Funktion der motorischen und hydraulischen Teile 1 bis 27 und 50 bis 57 stimmen mit den schematischen Darstellungen derPiguren 6,7 und 8 bis auf die Betägigung des Hauptsteuerorganes 8 überein. Wird, wie zunächst beschriebenb das Hauptsteuerorgan von der Hubbewegung der Kolben oder der Drehbewegung z.R. eines Kapselverdrängers angetrieben, so öffnen sich die Steuerquerschnitte im Bereich der Umkehrpunkte, also beim Wechsel von Saugauf Druck oder umgekehrt, nur langsam. Zwar ist auch die Fördermenge in der Nähe der Umkehrpunkte (Totpunkte) sehr klein, aber sich schnell öffnende Querschnitte setzen die Strömungsverluste herab. Eine Losungsmöglichkeit für diese Zielsetzung bietet die in Figur 9 gezeigte elektromagnetische Verschiebung eines als Kclbenscivieber ausgebildeten Hauptsteuerorganes.
• Die Steuerimpulse erhält die Anlage, wenn gewünscht, mit sinnvoller Vor - oder Nacheilung, durch kapazitive-, induktive - oder auf Druckspitzen ansprechende Totlagengeber 40a und 40b> deren Stromversorgung und Impulsver -stärkung im Verstärker 41 erfolgt.Die Impulse werden im Sollwertgeber 42 mit Signalen der weiteren in der Motoreinheit aus ammenvrlrkenden, Zylinderei-nhelten verglichen, gegebel.enfalls zeitlich korrigiert, dem Ausgangsverstärker 43 zugeleitet, der dann die Statormagnete 44a und 44b speist, deren magnetische Kraft verschiebt und hält den Zylinderschieber in der notwendigen Lage, Es bieten sich. weitere große reglungstechnische Möglichkeiten, wenn dem zylindereigenen Hauptsteuerorgan 8.
• ein ebenfalls elektronisch geregeltes und gesteuertes Sammel-Steuerorgan nachgeschaltet wird. Auf diese Darstellung und auch auf Einzelheiten der Stromversorgung wurde aus Gründen der übersicht verzichtet.
• Figur 10 zeigt eine sonst gleiche Einheit, jedoch mit pneumatischer Betätigung des als Kolbenschieber ausgebildeten Hauptsteuerorganes 80 Die Endlagenventile 36 haben gleiche Punktion wie die Totlagengeber 40 in Figur9, Druckluftbehälter 39, Druckleitung 38 und die Steuerleitungen 37a und 37b führen die Druckluft zum Hauptsteuerorgan. Mit Fluidic-Bausteinen läßt sich darüber hinaus eine ähnliche Verstellung und ein Sollwert -Istwert-Vergleich durchführen, wie bei der elektromagnetischen Steuerorganbeeinflussung.
• Eine einfache mechanische Lösung ist in Figoll schematisch im Querschnitt dargestellt.
• Und zwar wird diesmal eine Schiefscheibe 7, nicht wie in Fig. 6 dargestellt, auf die Welle 28 des Hauptsteuerorganes 8 aufgesetzt, sondern sie umfaßt den Hydraulik -kolben zu en 5a und 5b direkt. Durch die Schiefscheiben-Führungsnuß 33, die im Gehäuse 6 drehbar gelagert ist, wird damit der Tandemkolbensatz ( 3a,3b,4a,4b,5a,5b) zusätzlich zur Hub- auch eine Rotationsbewegung mit fixierten Notlagen und Drehrichtungszuordnung aufgezwungen.
• Werden die Hydraulikkolben 5a und 5b mit entsprechenden schrägen Steuerkanten oder Quer - und Längsbohrungen versehen, so öffnen oder verschließen sie durch die Hub -und Drehbewegung zOB. die Kanalzulauf - und Ablaufbohrungen 12 und 130 In ähnlicher Weise können auch die Kolben 3a und 3b des verbrennungsmotorischen Teiles ausgebildet werden, um zeEe beim Betrieb im Zweitaktverfahren unsymetrische Steuerzeiten für "Ansaugen", "Überströmen" und "Auspuffen" zu erwirken ohne daß dafür besondere Steuerorgane notwendig werden0 Ein Antrieb von notwendigem Motorgerät, z.B. der Einspritzanlage 25a und 25b, kann von der Welle der Schiefscheiben-Führungsnuß abgenommen werden.
• Diese Auslegungsvariante eignet sich besonders für ungeregelte Zweizylinderkleinstanlagen ohr.e hohe Anforderungen an pulsationsarme Förderung0 Da auch hier der Schiefscheibentrieb nur Steuerkräfte und einen kleinen Teil Blindleistung zu übertragen hat, lassen sich die mechanisch beanspruchten Bauteile ausreichend dimensionieren.
• Eine Ausführungsvariante für einen Vielzylindrigen Integralmotor wird in dcr nächsten Figur dargestelit Fig.12 zeigt im schematischen Teilquerschnitt durch eine Tandemzylindereinheit eine besondere vielzylindrige Ausle gungsvariante, die eingedrängte Bauweise gestattet, da sowohl das Hauptsteuerorgan 8 als auch dessen Antrieb durch einen Kapselverdränger koaxial um die Pumpen einheiten angeordnet sind.
• Und zwar ist zu diesem Zweck das Hauptsteuerorgan 8 als rotierender Rohrschieber ausgebildet, dessen Innenbohrungen die Zylinderlaufflächen für die Hydraulikkolben Sa, 5b und 5c bilden und der gleichzeitig als Rotor und ### ### Sperrschieberträger des Zweikammer-Axial-Sperr -schieber-Verdrängers verwendet wird. So kann die Sekundär-Steuerflüssigkeit aus dem Zulauf- und Ablaufräumen 16 und 17 direkt durch die Bohrungen 48a und 48 b der Rohrschieber in die Verdrängerkammern des Axial-Eapselläufers gelangen Dessen spiegelbildliche Kurvenbahnn 49a und 49b für die axial verschiebbaren Sperrschieber 31 a und 31b sind innen im Pumpengehäuse 6 axial angebracht. Der rotierende Rohrschieber (Hauptsteuerorgan 8) gibt dadurch funktionsgerecht in Abhängigkeit von der Bewegung der Hubkolben die Öffnungen zum Übertritt des Primär-Arbeitskreis-Arbeitsmediums vom Durckraum 10 in den Druckkanal 12 und vom Saugkanal 13 in den Saugraum 11 freie Der Rohrschieber trägt weiter am: größten Außendurchmesser eine Verzahnung 45, die entweder in das Summierungszahnrad 46 und, oder in die Außenverzahnung der Nachbarzylindereinheiten eingreift.
• Die Steuerwelle 28, auf der das Summierungszahnrad 46 sitzt, kann ebenso die Einlaßdrehschieber 23 und die Auslaßdrehschieber 24 antreiben als auch ur Kraftübertragung in den Ventiltriebmechanismus 47a, 47b, in die Einspritzanlage 25a, 25b, in die nicht darDestellte v 1 Zündanlage 46 oder zur Kraftübertragung auf die Nebenaggregate 27a, 27b (Generator,Ventilator) dienen.Bei Schrägverzahnung von Teil 45 und 46 lassen sich durch Axiales Verschiebe@ des Summierungszahnrades geringfügige Steuerzeitänderungen erreichen. Trotz der gedrängten kompakten Bauweise ist die Herstellung gemäß dieser Ausführungsvarianten aufwendig und teuer. Es wird daher anhand der folgenden Figur 13 eine Auslegungsvariante des Hauptsteuerorganes in Anlehnung der Bauform gemäß Figur 5 beschrieben.
• Figur 13a zeigt einen Querschnitt durch eine schematische Darstellung eines mechanisch-hydraulischen Bewegungszwang-und Steuermechanismus. Dabei ist auf die Darstellung der verbrennungsmotorischen Bauteile verzichtet. Das Wesentlichs an dieser Vorrichtung ist darin zu sehen, daß der,in den vorherigen Darstellungen immer für siohabgeschlossene,getrennte Sekundär-Steuerkreislaufmit den Schwierigkeiten der Leckverluste und Erwärmung entfällt.
• Der beidseitig wirkende Hydraulikkolben 5, gezeigt in der Stellung etwa 600 nach oberen Totpunkt für den linken Motorkolben 3a, drückt das hydraulische Arbeitsmedi#m aus dem Druckraum 10 über die Druckleitung 12 durch Ausnehmungen im Hauptsteuerorgan 8 (hier wieder als Walzenschieber dargestellt) in den unter der Schnittebene liegenden zentralen axialen Abgang direkt in die Druckleitung 14.
• Gleichzeitig saugt der Hydraulikkolben 5 im Saugraum. 11 über den Saugkanal 13 durch das Hauptsteuerorgan 8, dessen zugehörige Steuermulde über der Querschnittsebene liegt, aus den Ablaufraum 17 eines Steuerkolbens 33 das Arbeitsmedium an.
• Diesem Steuerkolben kann, wie dargestellt, durch einen Doppel-Exzentertrieb 7 (Parsontrieb) den eine gemeinsame Welle 28a und 28b mit dem.Hauptsteuerorgan verbindet# der BeT^.regungsverlauf vorgegeben werden Ebenso kann jeder andere mechanische Hubbewegungs-hIechanismus, wie Kurbeltrieb, Taumeltrieb,Kurbel-Schleifentrieb,Taumelscheibentrieb,Schiefscheibentrieb, Exzenter-Rollen-Trieb, Nockentrieb us.w vervendet werden. Da in den Räumen 16 und 17 der geringe Druckunterschied nur durch die Reibung des Drehschieberantriebes hervorgerufen wird, (etwä 3% des mittleren Arbeitsdruckes) " Schwimmt" der Steuerkolben also praktisch im Arbeitsmedium. Damit ist der Antrieb fast druckentlastet. Nach einer weiteren 1800 Drehung des Doppelexzentertriebes 7 und des Hauptsteuerorganes 8 befindet sich der Tandem-Kolben-Satz (3a,4a,5,4b,3b) in der Stellung 602 nach dem Unteren Totpunkt für den linken Kolben 3a. Jetzt wird das zuvor aus den Raum 17 angesaugte Arbeitsmedium (Figur 13a) direkt über den Druckkanal 13 in die Druckleitung 14 gedrückt, Der Raum rechts hinter dem Hydraulikkolben 5, jetzt Saugraum 11, steht über das Haiptsteuerorgan 8, mit dem Raum 17 des Steuerkolbens 33 in Verbindung, der durch den Hub eine Volumenverkleinerung erfährt0 In den Raum 16 auf der linken Seite des Steuerkolbens 33 tritt"frisches" Arbeitsmedium über das Hauptsteuerorgan aus der Saugleitung 15 ein, Der Weg des Arbeitsmediums des geschlossenen umlaufenden.Arbeitsireislaufes ist also immer eindeutig festgelegt; Beim ersten Hub aus dem Tank durch die Saugleitung 15 über das Hauptsteuerorgan 8 in den Zulaufraum 16 hinter den Steuerkolben 330 In den nächsten 1800 Drehwinkel des Hauptsteuerorganes, entsprechend einem vollen Hub des Hydraulikkolbens 5 gelangt das Arbeitsmedium in den Hydraulikarbeitsraum. In der dritten 180° Drehphase wird auf das Arbeitsmedium die aus der motorischen Verbrennung erzeugte Energie übertragen, das heißt, es wird unter hohem Druck aus dem Raum 10 über das Hauptsteuerorgan 8 in die Druckleitung 14 gefördert und dann dem Verbraucher 50 zugeleitet0 Somit durchläuft das hydraulische Arbeitsmedium in drei vollen Arbeitshüben,entsprechend 5400 Drehwinkel, das in Figur 13a und 13b gezeigte hydrostatische Arbeits t Steller - und Antriebsteil eines Integralmotors mit nur einem Kreislauf, vollständig. In einer Variante dieser schematischen Darstellung ist der Steuerkolbenantrieb 7 mit dem Hauptsteuerorgan 8 integriert und auf das in Figur 5 gezeigte Grundbausystem übertragen.
• Einige Möglichkeiten der Fördermengen-Regelung bei konstanter Hubfrequenz werden anhand der Figuren 14 und 15 skizziert, Figur 14 zeigt die Möglichkeit von Parallele und Serienschaltung von sechs Tandem-Zylindereinheiten, die mit jeweils 600 Drehwinkelversetzung auf einen gemeinsamen Kreislauf arbeiten. Bei Parallel-Schaltung fi;ihrt zu den sechs sich einstellenden Saugräumen 11, durch das hier nicht mehr dargestellte Hauptsteuerorgan, eine Saugleitung 15, (ausgezogene Linien in der Darstellung) und auch ebenso sechs Druckleitungen 14 aus den sich einstellenden Druckräumen fo.
• Das Fördervolumen entspricht dem einer sechszylindrigen Hydraulik-Kolbenpumpe mit etwa 14% Ungleichförmigkeit, wobei der mittlere Druck in jedem einzelnen Druckraum 10 dem mittleren Druck in der Druckleitung 14 entspricht.-Bei drei plus drei Serienschaltung (gestrichelte Linienzüge in der Darstellung) wird das Arbeitsmedium nur in die Saugräume der Zylinder III, I und V angesaugt. Gleichzeitig wird dabei das Arbeitsmedium in den Druckräumen der gleichen. Zylinder in die Saugräume der Zylinder VI, IV und II unter dem mittleren Arbeitsdruck übergeschoben (strichpunktierte Linienzüge) und der Arbeitsdruck von der "Saugseite" auf die "Druckseite" durch die Uandembauweise voll übertragent Zusätzlich wirkt nun noch der Druck der motorischen Verbrennung ein zweites Mal auf das Arbeitsmedium ein, so daß n den Druckräumen der Zylindereinheiten VI, IV und II doppelt so hoher Druck herrscht als bei Parallelschaltung0 Das Pördervolumen entspricht jetzt einer drei-Zylinder-Hydraulikpumpe mit gleicher Ungleichförmigkeit, aber mit doppeltem Förderdruck0 Das Produkt aus Fördermenge pro Umdrehung mal mittlerem Druck ist in beiden Fällen das Gleiche. Es liegt also eine Reglung für konstante Leistung vor.
• Aber auch die Möglichkeit der Verdrehung der Phasenlage des Hauptsteuerorganes zur Hubbewegung der Pumpenkolben kann,, wie au-der Arbeitshydraulik bekannt, auf das Fördersystem des Integralmotores übertragen werden.
• Figur 15 zeigt vier Möglichkeiten, Fig.15a,15b,15c und 15d. wie durch verschiedene Zusammenfassung der Druck -und Saugleitungen einer Sechs-Zylinder-Pumpe, Voll-, 2/3, 1/3- und Nullförderung erreicht werden kann0 Bei zu i dieser Art der Reglung, durch Verdreheinrichtungen am Antrieb,für alle aufgezeigten Hauptsteuerorgane möglich, wird zwar die Ungleichförmigkeit in der Förderung und die Druckschwankungen erhöht, aber für AnwendungsSälle, bei denen bei geringem Fördervolumen auch geringer Betriebsdruck gewünscht wird, ist ohnehin mit schlechterem Wirkungsgrad zu rechnen und diese Art der Mengen - und Druckreglung vertretbar.
• Söll die Serien - und Parallel-Schaltungsmöglichkeit erhalten bleiben, so ist sie auf 3,6 und 12 Tandemzylindereinheiten beschränkt, bei denen theoretisch der Ungleichförmigkeitsgrad 14,14 und 5 beträgt, während bei der Fünfzylinderpumpe nur 5% und bei der 7Zylinder pumpe nur 2,5% Ungleichförmigkeit auftreten. Eine Möglichkeit auch bei der 3-Zylinderpumpe die Ungleichförmigkeit auf etwa 3% abzusenken zeigt Figur 16.
• In Fig, 16 ist die Fördermengenkurve von den drei um jeweils 120° versetzten Pumpenzylindefli in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Antriebswelle eingezeichnet.(gestrichelte Linienzüge a). Durch ein Steuerorgan werden die Zylinderausgänge der fördernden Zylinder so zusammengeschaltet, daß das Förlervolumen in Abhängigkeit von Drehwinkel gemäß der strichpunktierten Kurve b einstellt.
• Bezogen auf das mittlere Fördervolumen betragen die Schwankungen etwa 14% und es treten pro Umdrehung der Antriebsvvelle 6 Förderkuppen und 6 Fördersenken auf.
• Schaltet man nun in die Druckleitung, möglichst kurz hinter dem Hauptsteuerorgang, eine mit sechsfacher Drehzahl der Antriebswelle betriebene 1-Zylinderpumpe ein, die nur etwa 8-9% der Gesamtfördermenge liefert, also nur etwa ein Viertel der Fördermenge eines der drei Pumpeneinheiten so wird immer in den Bereichen des Fördermengenüberschusses (Förderkuppen) 4% in den Hubraum des Zusatzzylinders einfließen und in Zeiten der Fördermengensenken der gleiche Teil wieder in die Druckleitung eingeschoben, so daß eine Fördermengenkurve d (ausgezogene Linie) entsteht, die nur noch etwa 2,5% Ungleichförmigkeit ausweist. Damit werden die Förderspitzen abgebaut und die Voraussetzung für pulsationsarmen und damit gerauscharmen Betrieb gegeben. Bei kleinen Gesamtfördervolumen kann der Zusatz-Zylinder durch eine Membranpumpe ohne Dichtprobleme ersetzt werden.
• Das Schutzbegehren umfaß Varianten der erfindung, vor allem für Verbrennungskraftmaschinen, die noch nach dem Heißgasprinzip arbeiten oder auch für eine Wärmekraftmaschine, bestehend aus Dampferzeuger, Dampfmotor und Kondensator, bei denen die Dampfkraft auf den "Motorkolben" einwirkt und sich das hydrostatische Prinzip des Kraftflusses, der Steuerung und der Reglung nicht ändert.
• Für die Merkmale der Ansprüche 2 bis 17 wird nur im Rahmen des Kennzeichens des Hauptanspruches Schutz begehlt.

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Hubkolben-Wärmekraftmaschine zur Erzeugung hydraulischer Energie,Integralmotor enannt, zun: Anrieb hydraulischer Maschinen und Gerät, bei der nur der eil der Kräfte,- die durch innere Verbrennung bei dem Otto oder Dieselarbeitsverfahren, oder nur der Teil der Kräfte, die bei äußerer Verbrennung bei Anwendung des Heißgas oder Dampfverfahrens entstehen über einen zylindrischen Trennirolben direkt ganz, oder nur teilweise auf das hydraulische Arbeitsmedium einwirken, der der abgenommenen Nutzleistung entspricht, d a d u r o h g e k e n n z e i c h n e t , daß dies durch Hubkolbensätze in Tandembauweise erreicht wird, die das hydraulische Arbeitsmedium fördern und dabei gleichzeitig ein Hauptsteuerorgan so antreiben oder steuern, daß einmal das hydraulische Arbeitsmedium so umlenkt und zusammenführt, daß ein stetiger pulsationsarmer druck - und mengenregelbarer Förderstrom entsteht und das zum anderen gleichzeitig.den Bewegungszwang für die Hubkolbensätze vorgibt.

2, Integralmotor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e ihne t , uaß die Hubkolbensätze mechanisch über einen Hilfskurbeltrieb, einen Irrbelchleifentrieb, eine Schiefscheibe oder eine Taumelscheibe das Hauptsteuerorgan antreiben, und daß durch diesen mechanischen Antrieb auch der Bewegungszwang für die Hubkolbeneinheiten gegeben ist.

3. Integralmotor nach Anspruch 1, d a d u r c h g ev k. e n n z e i c h n e t, daß der Antrieb des Hauptsteuerorganes und der Bewegungszwang der Xubkolbeneinheiten hydraulisch erfolgt, indem in einer zweiten Pumpenstufe pro Kolbeneinh^it ein oszylierender hydraulischer Förderstrom erzeugt wird, der in einem hydraulischen Verdränger eine der Hubbewegung der Arbeitskolben fest zugeordneten Bewegung des Hauptsteuerorganes bewirkt.

4. Integralmotor nach Anspruch 1 d a d u r c h g e -k e n n z e i oh n e t, daß der Antrieb und die Steuerung des Hauptsteuernrganes durch Elektromagnete erfolgt, wobei die Steuerimpulse von Endlagengebern entnommen werden, die durch die Hubkolbensätze betätigt und mit Sollwerten verglichen werden, so daß auch mehrere Zylindereinheiten nur durch das im Hauptsteuerorgan gerne gelte hydraulische Srbeitsmedium gekoppelt sind.

5. Integralmotor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß der Antrieb und die cteue-rung des Hauptsteuerorganes pneumatisch erfolgt, wobei die Steuerluft von Endlagengebern freigegeben wird, die von dem Hubkolbensatz betätigt werden und der Bewegungazwang über das hydraulische Arbeitsmedium durch fördermengenverbrauchende Arbeitsmaschine vorgegeben wird.

6. Integralmotor nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -~ k e n n z e i c h n e t, daß auf dem Hubkolbensatz eines Tandemzylinders eine Schiefscheibe angeordnet ist, die durch eine gehäusefeste Führungsnuß der Hubkolbeneinheit beim Hin - und Hergang auch eine volle Umdrehung um die Kolbenachse aufzwingt, so daß durch schiefe Kolbensteuerkanten oder Bohrungen ein @ funktionsgerechtes Öffnen und Schließen der Zu- und Ablaufbohrungen für ds hydraulische Arbeitsmedium bewirkt wird.

7. Integralmotor nach Anspruch 6 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die dem Kolbensatz beim Hin - und Hergang durch die Schiefscheibe aufgezwungene Drehbewegung dazu benutzt wird, um im verbrennungsmotorischen Teil durch Fenster oder Taschen im Kolbenschaft und Nasen auf dem Kolbenboden unsymmetrische Steuerdiagramme zu fahre,

8. Integ-almotor nacn Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die in einer besonderen Auslegungsvariante für den hydraulischen Antrieb des Hauptsteuerorganes und den Bewegungszwang der Hubkolben notwendige zweite Pumpenstufe gleichzeitig die hydraulische Koppelleitung für eine Zwei-Zylindereinheit bildet.

9. Integralmotor nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e'n n z e i c h n e t, daß beim hydraulischen Antrieb des Hauptsteuerorganes und dem Bewegungszwang der Hubkolben auf eine zweite Pumpenstufe dadurch verzichtet werden kann, indem das Hauptsteuerorgan fünf Steuerebenen enthält, so daß d&s hydraulische Arbeitsmedium bei einem Hub zunächst in den den Bewegungszwang vorgebenden .Steuerkolbenhuiraum einströmt, bei nächstem Hub in den eigentlichen Arbeitshubraum übergeschoben wird und erst beim dritten Hub die Leistungsübertragung auf das Arbeitsmedium erfolgt0

10. Integralmotor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Hauptsteuerorgan ring - oder rohrförmig ausgebildet ist und den hydraulischen Teil einer jeden Zylindereinheit koaxial umschließt.

11. Integralmotor nach Anspruch 9 und 10, d a d ii r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auch der Antrieb des Hauptsteuerorganes koaxial um den Pumpenteil eIner jeden Zylindereinheit angeordnet ist und vorzugsweise als Axialtrennschiebcr-Kapselverdränger ausgebildet wird, dessen rotierendes Gehäuse gleichzeitig d.s Hauptsteuerorgan bildet.

12. Integralmotor nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß nur ein Hauptsteuerorgan und ein Antrieb für mehrere Zylindereinheiten vorgeUehen ist.

13. Integralmotor nach Anspruch 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß d s Iiauptsteuerorgan nicht fest mit der Hubbewegung der Kolbensätze verbunden ist, sondern eine, an sich bekannte Verstell -oder Verdreheinrichtung vorgeschaltet ist,Serien- und Parallelförderung, phasenverschobene Förderung und Durchflußrichtungsumkehr möglich ist.

l4o Integralrnotor nacli Anspruch 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Plungerkolben oder eine Membranpumpe an die Druck- und eventuell auch an die Saugleitung angeschlossen ist, die im Bereich der Förerstromschwankungskuppen eine bestimmte Förmenge entnimmt und im Bereich der Sörderstromschwankungssenken die gleichen Mengen wieder zurückfördert, so daß dadurch eine Glättung des Pörderstromes erfolgt.

15. Integralmotor nach Anspruch 1, d a d u : c h g e -k zu c n n z e i c h n e t , daß eine schluchvolumenge# regelte Arbeitsmaschine vom Steuerteil des Integral motors betätigt wird.

16. Integralmotor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Arbeitsmaschinengehäuse, der Kühler, die silber, der Tank und die Steuer-Ventile für den Kreislauf des hydraulischen Arbeitsmediums mit dem Integralmotorgehäuse baulich vereinigt sind.

17. Integralmotor nach Anspruch 1, d a d u r c h gek e n n z e i c h n e tF daß das sich im Rückfluß befindliche hydraulische Arbeitsmedium titer die Zylinder, die Zylinderköpfe, die Kolben und den Ventiltriebmechanismus der Wärmerkraftmaschine geleitet wird, auch als Kühl- und oder Schmiermittel dient.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr.: 123 153, 323 511, 819 020, 612 616, 1 146 718,1176 952, MM 179 778, 1211 o51, 1213 191, Britische Patentschrift Nr.: 345 667 U.S.A. Patentschrift Nr.: 2 653 486 Österreichische Patentschrift Nr.: 8280 Schweizer Patentschrift Nr.: 169 123 Französische Patentschrift Nr. : 464 785 Auf den folgenden Seiten 39 Tw 52 sind die Figuren 1 - 16 dargestellt) L e e r s e i t e