DE2728165A1

DE2728165A1 - Zweikammer-, einscheiben-, rotations- mechanik

Info

Publication number: DE2728165A1
Application number: DE19772728165
Authority: DE
Inventors: Peter B Kathmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-23
Filing date: 1977-06-23
Publication date: 1979-01-04
Also published as: DE2728165B2; DE2728165C3

Description

Blatt Nr. 01 ZEROwMeotHanik Peter B. Kathmann

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Beschreibung 2728165

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie Gasdruck über die Zweikammer-, Einscheiben-, Rotations-Mechanik, im nachfolgenden als ZERO-Mechanik bezeichnet, durch abgeschlossene, drehbare, in sich veränderliche Räume, direkt in Drehkraft abgibt.

Diese Gasdrücke werden zur Zeit über den Kurbelwellentrieb, wie bei dem Otto-Motor, und über Exzenterwellen wie bei dem Wankelmotor, in Drehkraft umgesetzt.Beide Systeme haben einen geringen Wirkungsgrad (25-30%), was im betrieb einen hohen nutzlosen Energieverbrauch zur Folge hat.Verschiedene andere Systeme, wie die Versuche von Renault, und die Versuche, das Roots-Eapselgebläse mit Fremdverdichtung im Umkehrverfahren zur Arbeitsleistung heranzuziehen, zeigen alle daß es eben nur Versuche sind, und haben alle weitaus weniger Wirkungsgrade aufzuweisen als das Wankelsystem, das mit 28% Wirkungsgrad der absolute Spitzenreiter dieser Versuche ist, aber damit immer noch unter den herkömmlichen Kolbenmotoren liegt.Diese Techniken sind in ihren Wirkungsgraden nicht mehr wesentlich zu verbessern, da die Leistungsabgabe durch die konstruktionsbedingte Umsetzmechanik nicht mehr Steigerungsfähig ist.

Energie ist ein wesentlicher, volkswirtschaftlicher Faktor, die durch modernste Technologien maximal genutzt werden sollte. Die nachfolgend beschriebene ZERO-Mechanik ist gekennzeichnet, durch ihre einfache Technik, weitgehende Wartungsfreiheit, den geringen Verschleiß und optimaler Energieausnutzung, womit die wesentlichen Voraussetzungen für eine neue Technik gegeben sind.

Die Konstruktion der ZERO-Mechanik geht davon aus, daß schlechthin jeder Hohlraum Gas ansaugen kann, wenn er sich vergrößert, und Gas verdichten kann, wenn er sich wieder verkleinert, Arbeit abgeben kann, wenn die Explosion ihn drängt sich zu vergrößern, und daß er verbranntes Gas wieder hinaus drängen kann, wenn er sich wieder verkleinert, und daß es vollkommen gleichgültig ist, wie er sich vergrößert und verkleinert, und daß ein Hohlraum sich vergrößern und verkleinern läßt, ohne daß ein Kolben hin und her gerissen wird.

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ORIGINAL INSPECTED

Blatt Nr. 02 — Peter B. Kathmann

Die Arbeitsgrundläge der ZERO-Mechanik ist gekennzeichnet durch, das expandieren von erhitzten Gasen und das Hebelgesetz. Werden zwei, an einem Drehpunkt (Rotor) befindliche, gleichlang überstehende, gleichgroße Flächen mit Gasdruck belastet, so zeigt sich auf Grund des Gleichgewichtes keine Veränderung der Lage.Wird aber durch verschieben der Flächen die eine vergrößert, während sich die andere proportional verkleinert, so bewegen sich die Flächen um den Drehpunkt (Achse des Rotors) so lange, bis das Flächen-Druckverhältnis wieder gleich ist, oder die Druckspannung vorher schon abgebaut ist.Bei der konstruktion einer Kraftmaschine ist die zu benutzende Leistung die Grundlage der zu berechnenden Arbeitsflächen.Die mechanischen und thermischen Verluste sind durch ein vergrößern der Arbeitsflächen mit einzubeziehen.Die Leistungsfähigkeit der ZERO-Mechanik wird ebenfalls durch die größe der Arbeitsflächen bestimmt, die jedoch durch geringere Verluste weitaus kleiner sind, als die einer vergleichbaren Kraftmaschine.Die Leistungsfähigkeit der ZERO-Mechanik errechnet sich ebenfalls aus der Arbeitsfläche, ergibt sich jedoch zwangsläufig durch den Mittenversatz von Rotorgehäusemitte zur Steuergehäusemitte.Dieser Mittenversatz errechnet sich wie folgt, Mittenversatz = V2 Quadratwurzel aus *,ebenfalls aus der Arbeitsfläche (F).Alle mechanischen Größen sind vom Mittenversatz abhängig, und werden nachfolgend in Faktoren angegeben, 1 Faktor ist gleich ein Mittenversatz.Alle wesentliche Teile werden ihrer Bezeichnung nach mit Ziffern in Klammern angegeben, die mit denen in den beigefügten Zeichnungen übereinstimmen.

In einem aus zwei Teilen bestehenden Rotorgehäuse (1+1a), wird ein im Durchmesser gleicher Rotor (2), mit dem Faktor 15, Kugelgelagert (5+6).Dieser Rotor (2) hat eine quer zur Rotorachse verlaufende, durchgehende Bohrung, mit dem Faktor 4. Der Steuerzapfen (1b) ragt in der Mitte des Rotorgehäuses (1) in eine runde Ausarbeitung des Rotors (2), und trägt gleichzeitig das Kugellager (5) zwischen dem Rotorgehäuse (1) und dem Rotor (2), er hat im Durchmesser den Faktor 4.An der Stirnseite des Steuerzapfens (1b) sitzt der Steuernocken (1c), mit dem Faktor 1 aus der Rotorgehäusemitte sitzend, und mit seiner Achse den Steuergehäusemittelpunkt markiert.Der Durchmesser des Steuernockens (1c) hat den Faktor 2, so daß der Radius des Steuernockens (1c) der genaue

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Blatt Nr. 03 Peter B. Kathmann

Mittenversatz mit dem Faktor 1 ist.In die quer zur Rcfeoracnse verlaufende Bohrung wird der Steuerkolben (4·), mit dem Faktor 4 im Durchmesser und dem Faktor 17 in der Länge, eingeführt.Der Steuerkolben (4-) hat in der genauen Längsmitte eine quer zur Längsachse verlaufende Nut, mit einer breite von Faktor 2 und einer tiefe von Faktor 2,5·An der gleichen Seite hat der Steuerkolben (4) noch eine Abflachung, die den Steuerzapfen (1b) an der Stirnseite berührt, und dadurch ein verdrehen des Steuerkolbens (4·) verhindert.Diβ Abflachung hat in der länge den Faktor 9 und in der tiefe den Faktor 1,5.Der in der Bohrung des Rotors (2) sitzende Steuerkolben (4) wird mit der in dem Rotor (2) befindlichen runden Ausarbeitung über den Steuerzapfen (1b) gesteckt, so daß der Steuernocken (1c) in der Nut des Steuerkolbens (4-) sitzt.Somit sitzt der Rotor (2) in der Achse des Rotorgehäuses (1+1a), und der Steuerkolben (4) in der Achse des Steuernockens (1c), der ja den Mittelpunkt des Steuergehäuses (3) bildet.Das Steuergehäuse (3) wiederum sitzt mit dem Faktor 4 in der breite, und dem Faktor 17 im Durchmesser, zwischen dem Rotorgehäuse (1) und dem Rotorgehäuse (1a). Das Rotorgehäuse (1a) trägt das Kugellager (6), einen Simmerring und wenn erforderlich einen Abrollzahnkranz für die Ventilsteuerung.Der Innendurchmesser der beiden Rotorgehäusehälften (1+1a) ist mit dem Außendurchmesser des Rotors (2), mit dem Faktor 15 gleich, während die Rotorbreite den Faktor 6 hat, ist die Rotorgehäusebreite unbestimmt, da sie sich aus der jeweiligen Art der Gassteuerung ergibt.

Beim drehen des Rotors dreht sich also der Rotor um seine eigene Achse, während sich der Steuerkolben zwangsläufig um den Steuernocken dreht, der ja den Mittelpunkt des Steuergehäuses bildet. So verändert sich bei drehen des Rotors das Längenverhältnis, bzw. das Arbeitsflächenverhältnis zu dem Drehpunkt des Rotors, an dessen Abtrieb die Drehkraft abgenommen wird.Es wird also der Differenzdruck der beiden Arbeitsflächen voll an den Abtrieb abgegeben.Bei einer 360° Umdrehung ergibt sich also folglich ein zweimaliges Faktorenverhältnis (arbeitsflächen) von 1:1, und ein zweimaliges Faktorenverhältnis von 2:0.Durch diesen Effekt erfolgt beim drehen des Rotors eine ständige Arbeitsflächenverschiebung, mit gleichzeitiger proportionaler Raumgrößenveränderung, in der sich bei einer 180° Drehung das Volumen der beiden Kammern von

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Blatt Nr. W ZEBO Moahanik Peter B. Kathmann

minimum bis maximum einerseits, und von maximum bis minimum andererseits verändert hat, und zwar in dem gleichen Maße wie sich das Paktorenverhältnis von 1:1 über 2:0 in 1:1 verhält.Bei einer 360° Umdrehung verläuft also das Paktorenverhältnis 1:1/2:0/1:1 2:0/1:1, was für die eine Kammer eine volle Raumvergrößerung und eine ganze Haumvefkleinerung bedeutet, während die andere um 180 versetzte Kammer den genau entgegengesetzten Vorgang durchläuft. Es ergeben sich also bei einer ganzen Umdrehung des Rotors für jede Kammer zwei Lastwechselpunkte, auch Takte genannt.Die durch Dichtringe druckfest getrennten Kammern können also durch eine entsprechende Gaswechselsteuerung jeden beliebigen 2-Takt oder 4-Takt Arbeitsprozess durchlaufen.Der in den Kammern zur Arbeit notwendige Gaswechsel erfolgt durch Kanäle im innern des Rotors, die durch steuerbare Ventile oder entsprechende Drehschieber über Schlitze im Rotorgehäuse die Verbindung mit den Gaserzeugern und Abgasdämpfern herstellen bzw. unterbrechen.Die Steuerung der Ventile und Drehschieber erfolgt durch abrollen eines Zwischenzahnrades, das sich mit dem Rotor dreht, auf einem am Rotorgehäuse befindlichen Zahnkranz, und treibt die Nockenwelle der Ventile, bzw. der Drehschieber an.Bei der Gassteuerung durch Ventile werden diese über hydr. Tassenstößel geöffnet und geschlossen, da sich die hydr. Tassenstößel das Ventilspiel selbst einstellen, und somit Wartungsfrei sind.Bei Verwendung der ZERO-Mechanik als Dampf- oder Pressluftmotor, siehe Zeichnung Nr. 3> erfolgt die Verbindung und Unterbrechung zu den Druckerzeugern und Abluftkanälen über kreisringförmige Ausschnitte an der jeweiligen Gehäuseseite.Im Rotor ist für jeden Kanal ein Dichtring eingestzt, der beim drehen des Rotors einmal die Verbindung durch vorbeifahren an dem Ausschnitt herstellt, und beim überfahren der Sektion die Verbindung unterbricht und dadurch die Kammern druckfest abdichtet.Pur jede Kammer ist ein Einlass- und ein Auslasskanal vorgesehen.Somit kann bei einer 360° Umdrehung des Rotors jede Kammer einen 180° Arbeitstakt durchlaufen, was bedeutet daß keine Totlaufzeiten entstehen.Da sich der Rotor durch die Anordnung der Ausschnitte selbst steuert, ist er nur durch entsprechende Druckveränderung in der Drehzahl regelbar.Diese ZERO-Mechanik kann in sehr hohen Drehzahlbereichen gefahren werden, da sich keine sonstigen bewegliche Teile im Rotorgehäuse befinden.

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Blatt Nr. 05 — Peter B. Kathmann

Die zur Zündung eines Gasgemisches notwendige Zündkerze sitzt am Steuergehäuse, und ist mit einer kleinen Bohrung mit dem zündfähigen Gasgemisch einer Kammer verbunden.Die Zündung erfolgt durch einen piezoelektrischen oder mechanischen Druckschalter, der von aussen in das Steuergehäuse eingeschraubt, und mit einer kleinen Bohrung mit dem Innenraum verbunden ist.Beim Verdichtungsvorgang überfährt die in Drehrichtung vorn liegende Dichtleiste die Bohrrung und setzt den Druckschalter dem Verdichtungsdruck aus, der wiederum den Steuerimpuls an die Zündelektronik gibt, und diese über die Zündkerze das Gasgemisch zündet.Bei einer ZERO-Mechanik mit eigener Gemischaufbereitung wird der Kraftstoff, ebenfalls durch einen piezoelektrischen oder mechanischen Druckschalter gesteuert, direkt in die im Verdichtungvorgang befindliche Kammer gespritzt, und zwar direkt auf die Rotoroberfläche, die durch ihre Eigentemperatur eine vollständige Vergasung des Kraftstoffes gewährleistet, und dadurch den theoretischen Seiliger-Prozessverlauf praktisch nachvollzieht.Der Energienutzungsgrad ist alleine schon durch den Seiliger-Prozessverlauf enorm verbessert. Die gesammte ZERO-Mechanik ist von dem wassergekühlten Rotorgehäuse umschlossen.Alle drehenden und gleitenden Teile sind im innern des Rotorgehäuses von OeI umspült, und werden gleichzeitig durch entsprechende Oelkühlung in einer verschleißarmen Betriebstemperatur gehalten.Die Dichtringe werden durch kleine Bohrungen mit OeI zur Schmierung der Laufflächen versorgt, das im Betrieb durch die anfallende Fliehkraft zu den jeweiligen Schmierstellen transportiert wird.Da der Gaswechsel durch den Rotor erfolgt, gibt es keine nennenswerte Unterbrechungen der Dichtringlaufflächen, womit sehr hohe Umlaufgeschwindigkeiten mit fast absoluter Abdichtung erreicht werden können.Der Eigenenergieverbrauch ist sehr gering, und besteht nur aus der Gleitreibung der Dichtleisten und diversen Kugellagern, sowie der Ventilsteuerung.Da keinerlei unwuchtige Massen im Umlauf sind, arbeitet die ZERO-Mechanik erschütterrungsfrei, womit gleichzeitig das Eigengewicht im Verhältnis zur Leistung sehr gering ist.

Die ZERO-Mechanik ist in der Beschreibung der Einzelheiten, in einfacher Technik, maximaler Wartungsfreiheit, geringem Verschleiß und optimaler Energie nutzung, für sich selbst kennzeichnend.

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Leerseite

Claims

Blatt Hr. 06 ΒΚΠΟ Hoohnnik Feter B. Kathmann Batentansprüche 079Q1KR

1.Die Zweikammer-, Einscheiben-, Rotations-Mechanik, im nachfolgenden als ZERO-Mechanik benannt, ist dadurch gekennzeichnet, daß sich die rotierenden Teile um ihre eigene Achse drehen, und dabei gleichzeitig eine Haumzustandsänderung herbei rühren, die zu eines Ansaug-, Verdichtungs-, Arbeite-, und Ausstoßtakt beliebig verwendet werden kann, und die Gasdruckenergie direkt in Drehkraft umsetzt.

2.Die ZEHO-Mechanik ist nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der notwendige Gaswechsel durch Kanäle im Rotor (2) erfolgt. Zeichnung Blatt Nr. 2, Blatt Nr. 3 und Blatt Nr. 4

3.Die ZERO-Mechanik ist nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Gaswechselsteuerung durch im Rotor (2) befindliche Ventile erfolgt.Zeichnung Blatt Nr. 2

4·.Die ZERO-Mechanik ist nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Gaswechselsteuerung durch im Rotor (2) befindliche Drehschieber erfolgt .Zeichnung Blatt Nr. 4-

,Die ZERO-Mechanik ist nach Anspruch 1 bis 4- dadurch gekennzeichnet, daß die Gassteuerung durch Schlitze im Rotorgehäuse (1+Ia) erfolgt.Zeichnung Blatt Nr. 1, Blatt Nr. 2, Blatt Nr. und Blatt Nr. 4·

6.Die ZERO-Mechanik ist nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (4) nicht nur eine runde Form hat

7-Die ZERO-Mechanik ist nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Gasgemischzündung durch einen piezoelektrischen, oder mechanischen Druckschalter gesteuert wird.

8.Die ZSRO-Mechanik ist nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung von Kraftstoff in die Arbeitskammern durch einen piezoelektrischen, oder mechanischen Druckschalter gesteuert wird.

9«Die ZERO-Mechanik ist nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß sie im Umkehrverfahren als Pumpe für gasförmige, flüssige und plastische Stoffe nutzbar ist.

Hamburg, den 01.06.1977 Feter B. Kathmann

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ORIGINAL INSPECTED