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Motor - Turbinen-Antriebs einheit Der Anmeldungsgegenstand ist eine
Kombination zwischen einem im folgenden beschriebenen Zweitakt-Kolbenmotor und in
der Patentanmeldung P 2050 170.6 erläuterte zentripetal durchströmte Radialturbine,
die mechanisch zu einer Brennkraft-Antriebseinheit verbunden sind, mit der die Abgase
des Motors in der Turbine, zwecks Wirkungsgradverbesserung ausgenutzt werden.
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Im allgemeinen werden im Kolbenmotor um 35 % der im Kraftstoff innewohnende
Energie zur Gewinnung einer Antriebskraft ausgenutzt . Die restlichen 65 % setzen
sich aus ca. 30 % Abgasverlust, ca. 30 % Kühlungsverlust und ca. 5 % Reibungsverlust
zusammen.
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Mit der Darstellung Bild A wird ein Zweitakt-Boxer-Kolbenmotor vorgeschlagen,
mit dessen Kurbelbetrieb, schematisch im Bild B dargestellt, ein Zweitaktverfahren
ermöglicht wird, mit dem die Zylinderkühlung im Brennraumteil weitgehend entfällt,
wodurch von der sonst durch die Zylinderkühlung verlorengegangene 30 % Brennstoffenergie
der Motorwirkungsgrade um ca. 10 % von 35 «0 auf 45 % verbessert und die Abgasenergie
um ca. 15 % von 30 % auf 45 % erhöht wird, so daß von den üblichen 30 % Kühlungsverlust
nur ca. 5 % Strahlungsverlust übrig bleiben. Von der auf 45 % erhöhte Abgasenergie
werden in der Turbine ca. 30 % ausgenutzt, was einen Gesamtwirkungsgrad der Motor-Turbinen-Antriebseinheit
(Motor= 45 % Turbine = 30 %) von ca. 75 So ausmacht.
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Bei dem Kurbeltrieb der gegenwärtig angewendeten Kolbenmotoren ist
die Kolbenstange an der Kurbelwelle und im Kolben gelagert befestigt, so daß -die
Kolbenstange bei jeder Kurbelumdrehung zu ihrer Kolbenhubbewegung auch eine, dem
Kurbelraclius entsprechende Pendelbewegung ausführt.
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Wegen dieser I>endeilewegung kann der zur Kurbelwelle gerichtete
Zylinderraum in Viertakt tiberhaupt nicht unl im Zweitakt nur ungenügend in Arbeits-Prozeß
mit ausgenutzt werden.
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Dieser Nachteil wird mit dem Kurbeltrieb des anfolgenden erläuterten
Zweitakt -Boxermotors, Bild A, durch die Anwendung eines Kurbelkäfiges 1 behoben,
indem die Kurbel 2 der Kurbelwelle vom Kurbelkäfig 1 umsäumt wird. Das hat den Vorteil,
daß die Kurbel 2 bei einer Wellenumdrehung im Kurbelkäfig 1 auf und ab pendeln kann,
ohne daß die Kolbenstangen 3, die starr mit dem Kurbelkäfig 1 und mit den Kolben
4 verbunden sind, eine Pendelbewegung ausüben müssen.
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Dadurch ist es möglich, daß der zur Kurbelwelle gerichtete Zylinderraum
5 mit dem Zylinderdeckel 6 abgeschlossen wird, wodurch ein abgeschlossener Zylinderraum
Sentsteht> der im Arbeitprozeß mit ausgenutzt wird. Die Zylinderdeckel 6 sind
mit Buchsen 7 verstehen, in denen sich die Kolbenstangen 3 im Rythmus der Arbeitsspiele
hin und her bewegen. Die Zylinderdeckel 6 sind außerdem mit Frischluftansaug-Rückschlagventile
8 versehen.
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Die Zylinder 9, die mit R und L gekennzeichnet,sind durch die Kolben
4 in zwei Räume in den Frischluftraum 5 und in den Verbrennungsarm 10 aufgeteilt.
Der Frischluftraum 5 ist durch das Kolbenrückschlagventil 12 der Kammer 13 und der
Kolbenstangenbohrung 14 mit dem Verbrennungsraum 10 verbunden. Am Ende des Brennraumes
befinden sich die Abgasauslaßschlitze 15, die in den Abgassammelraum 16 münden,
mittels den die Motorabgase in die Turbine 17 und aüs der durch die Öffnung 18 weggeleitet
werden. Die Zylinder 9 sind mit einander durch das Kurbelgehäuse 11 verbunden.
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Der Motor funktioniert auf folgender Weise. Bewegt sich das Kolbenpaar
von R nach L wird die Frischluft bei L durch das Rückschlagventil 8 in den Frischluftraum
5 gesaugt, dabei wird gleichzeitig die in Brennraum 10 vorhandene Luft verdichtet.
Beim Erreichen des OT wird in die im Brennraum 10 verdichtete Luft mittels Pümpe
und Düse (in Bild A nicht dargestellt) Kraftstoff eing-espritzt und gezündet.
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Der durch die Verbrennung entstehende hohe Gasdruck wirkt auf den
Kolben 4 und schiebt ihn in die Richtung R und leistet dadurch Arbeit.
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Die, durch die Kolbenbewegung in die Richtung L im Frischluftraum
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angesaube Luft wird nun verdichtet. Die Brenngase können nicht
durch die Kolbenstangenbohrung 14 und Kammer 13 in den Frischluftraum 5 gelangen,
weil sie durch das Rückschlagventil 12 daran gehindert werden.
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Umgekehrt kann die in Frischluftraum verdichtete Luft nicht in den
Brennraum gelangen, weil der Brenngasdruck im Brennraum 10 höher als im Frischluftraum
5 ist.
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Erst wenn der Kolben 4 die Auslaßschlitze 15 frei gibt, wird der Druck
im Brennraum durch das Au strömen der Gase, durch die Auslaßschlitze 15 in die Abgassammelleitung
16, ganz abgebaut, so daß die im Frischluftraum 5 verdichtete Luft jetzt einen Überdruck
hat, den Rückschlagventil 12 öffnet und mit hoher Geschwindigkeit durch die Kammer
13 und der Kolbenstangenbohrung 14 in den Verbrennungsraum 10 strömt, da die restlichen
Verbrennungsgase in die Abgassammelleitung drengt und den Brennraum für einen neuen
Arbeitsgang füllt. Diese Zylinder spülung kann als Gegendruckspülung bezeichnet
werden.
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Die Motorabgase werden mit der Abgassammelleitung i6 zur Turbine 17
geleitet, die mit dem Motor mechanisch verbunden ist (in Bild A nicht dargestellt)
da werden sie zur Steigerung des Antriebswirkungsgrades weiter ausgenutzt, dann
durch die Abgasleitung 18 in die Atmosphäre geleitet, Der erläuterte Arbeitsprozeß
trifft selbstverständlich genau so für die Motorseite R zu. Der Motor ist somit
ein Antriebsteil und gleichzeitig der Gaserzeuger für die Turbine.
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Damit die Zylinderkühlung im Brennraumteil 10 weitgehend entfallen
kann, wird vorgeschlagen, den Kolbenteil, der sich in den Brennraumteil des Zylinders
bewegt, nicht mit Kolbennnge zur Abdichtung zu versehen, sondern zwischen der Kolbenwand
und Zylinderwand einen Spalt von z. B. 1/20 mm zu belassen. Das kann dadurch erreicht
werden, daß der Kolbenteil der sich ausschließlich im Frischluftteil des Zylinders
bewegt - der Kolbenteil hinter den Auslaßschlitze 15 - genau im Zylinder paßt dadurch
den ganzen Kolben trägt und den Frischluft- und Brennraum von einander abdichtet.
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Der Kolben kann auch von der Kolbenstange 3, die sich in der Buchse
7 hin und her bewegt, zum Teil getragen werden.
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Durch den Spalt zwischen der Kolbenwand und der Zylinderwand berühren
sich diese Flächen nicllt, brauchen darum nicht pfe- geschmiert und bei der Anwendung
von hochwarmfesten Material auch nicht gekühlt werden. Dadurch wird der Vorteil
erzielt, daß mit dem Energieanteil, der sonst durch die Kühlung verloren geht, den
Motorwirkungsgrad verbessert und den Energieanteil der Abgase erhöhte die in der
Turbine augenutzt werden. Der Spaltverlust der durch den Spalt zwischen den Zylinder
und Kolben entsteht ist eigentlich kein großer Verlust, weil er auch in ecr Turbine
ausgenutzt wird.
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Da die Wärmedehming des Kolbens und des Zylinders inl Brennraumteil
größer als im Frischluftteil ist, ist es zweckmäßig, wie in Bild A übertrieben dargestellt,
daß der Frischluft-Kolben- und Zylinderteil iin Durch -messer etwas größer als der
Brennraum Kolben- und Zylinderteil ist, damit sich der Kolbenteil der mehr der Wärmedehnung
ausgesetzt ist, im Frischluft Zylinderteil, der fast keiner Wärmedehnung ausgesetzt
ist, frei bewegen kann. Es ist ratsam den Frischluft-Zilinderteil zu kühlen, damit
die Stralllungs- und Krichwärme vom umgekühlten Teil abgefangen wird.
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Mit dem hier vorgeschlagenen Zweitakt-Boxermotor mit Kurbelkäfig in
einer mechanischen Verbindung (z.B. Zahnradpaar) mit einer Turbine, in der die Abgase
des Motors ausgenutzt werden, kann ein Wirkungsgrad von über 75 % erzielt werden.
Ferner kann eine spezifisch große Leistung bei extrem kleinem Bauvolumen und niedrigem
Gewicht erzielt werden. Da der Motor keine besondere Steuerorgane hat, ist er in
der Herstellung sehr billig und in der Wartung anspruchslos.