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Drehschieberverbrennungsmotor
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Die Erfindung betrifft einen besonders gestalteten Dreh schiebermotor,
der bei einfachstem Aufbau lange Lebens -dauer und günstigen speIfischen Kraftstoffverbrauch
erreicht.
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Bedingt durch das Verbrennungsverfahren und die konstruk -tive Auslegung
erfolgt praktisch kein Auspuffknall, was den Einsatz einer Auspuffanlage vollständig
erübrigt.
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Ebenfalls durch das Verbrennungsverfahren bedingt, sind die Spitzendrücke
wesentlich niedriger als bei üblichen Ver -brennungsmotoren, deshalb können billige
Werkstoffe ver -wendet werden.
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Der ganze Motor besteht im Wesentlichen aus sechs Teilen, wobei drei
eine drehende Einheit bilden und nur ein ein -ziges (billigstes) Teil nennenswertem
Verschleiß unterwor -fen ist.
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Dieser Verbrennungsmotor verarbeitet ohne å ede konstruktive Änderung
alle Brennstoffe, die etwa den selben Heizwert besitzen, also Normalbenzin, Diesel,
Super und deren Ge -mische, bei leichten Änderungen Pentan, Hexan und andere Gase,
sowie Benzol und die meisten Alkohole.
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Es sind verschiedene Drehkolbenmotoren bekannt (p 2529035.1, P 2640276.6,
P 2412363.5-13), aber nur der Wankelmotor gelangte zur Serienreif e.
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Alle diese Motoren arbeiten mit vorverdichteter Luft, nach dem 4 -
Takt - Verfahren.Die Brenn - und Verdichtungsräume sind durch schmale Dichtleisten
voneinander getrennt.
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Deshalb sind sie thermisch und mechanisch hoch beansprucht, und unterliegen
hohem Verschleiß.
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Der Wankelmotor ist aufwendig gebaut und besitzt einen hohen spezifischen
Kraftstoffverbrauch. Bei den oben be -nannten Patenten wird der Brennraum an der
einen Seite durch eine Dichtleiste (wie beim Wankelmotor) abgegrenzt, an der anderen
Seite durch die linienhafte Berührung der exzentrisch gelagerten Welle. Wie bei
einem schlecht sitzenden Ventil werden hier die Gase mit hoher Geschwin -
digkeit
und hoher temperatur hindurchgepresst (Drossel -spalt), die Stelle korridiert, verzundert,
und die darü -bergleitende Dichtleiste wird rasch zerstört werden.
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Zudem sind bei solchen Ausführungen die Spaltverluste er -heblich
und die Schmier - und Kühlmöglichkeiten begrenzt.
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Auf Grund der Vorverdichtung sind diese Motoren nicht Vielstoffähig
(unterschiedliche Frühzündung).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vielstoff -motor zu
konstruieren,dessen einfacher Aufbau billigste Herstellungskosten bei langer lebensdauer
und geräusch -armem Lauf gewährleistet.
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Um diese Forderungen zu erfüllen muß der Motor folgende Eigenschaften
besitzen: 1. Billige Fertigung 2. Guter Gesamtwirkungsgrad 3. Großer Einlaß - und
Auslaßquerschnitt 4. Schmier - und Kühlmöglichkeit an dichtenden Teilen 5. Spaltverluste
gering 6. Reibleistung gering 7. Ansaugweg kurz 8. Enddruck ungefähr Umgebungsdruck
Die Punkte 3 bis 8 ergeben sich aus der Forderung nach einem guten Gesamtwirkungsgrad.
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Diese Forderungen werden erfindungsmäßig durch die nach -stehend aufgeführten
Konstruktionen gelöst, und sollen unter Zuhilfenahme von Bild 1 und 2 erörtert werden.
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In einer geschlitzten, zylindrischen Welle (mit Radius R) befindet
sich an Stelle einer einzigen Dichtleiste ein ganzes Dichtleistenpaket. Diese Dichtleisten
sind unter -einander verschiebbar,und der Dichtpack kann sich so trotz seiner Gesamtbreite
(b) der Gehäusebahnkurve anpassen.
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Er bildet für die Verbrennungsgase eine Labyrinthdichtung.
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Ist die Welle hohl, und mit Öl gefüllt (Zuleitung axial, nicht dargestellt),so
werden die Dichtleisten bei ent -sprechendem Spiel geschmiert und gekühlt.
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Die Auf - und Abbewegung des Dichtpacks treibt den gesamten
Ölkreislauf.
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Die letzte Dichtleiste wirkt als Ölabstreifleiste.
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Durch die grobe Gesamtbreite des Dichtpacks treten teil -weise hydrodynamische
Schmierbedingungen auf, was Reib -leistung und Verschleiß weslich verringert.
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Die dem Brennraum zugewandte Dichtleiste kann hinsichtlich des Werkstoffes
optimiert werden (Temperaturbeständigkeit), da sie sich an die anderen Dichtleisten
anlegen kann.
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Sollte das Spiel in der Wellennut äe zu groß werden, so genügt es
eine einzige Dichtleiste mit obergröße einzu -setzen.
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Die Dichtleistenoberkante bewegt sich bei Drehung der Welle auf einer
ganz speziellen Bahnkurve. Sie besteht gemäß Bild 1 aus drei 90 - Kreisbögen, die
den selben Radius wie die Welle besitzen (1-2; 3-4; 5-0), zwei Strecken (0-1; 4-5)
und einem 9O- Kreisbogen, dessen Radius gleich der Summe aus Wellenradius und Strecke
ist (2-3). Diese Form lässt sich durch Fräsen oder Räumen einfach herstellen und
bietet gegenüber herkömmlichen Gehäuseformen drei entscheidende Vorteile: 1. In
den geraden Abschnitten reicht die Fliehkraft nicht aus, um die Dichtleisten gegen
die Wand zu pressen.
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Werden in diesen Abschnitten Einlaß (E) und Auslaß (A) untergebracht,
so überfliegt die Dichtleiste diesen Teil. Das an der Oberseite der Dichtleisten
befindliche Öl kann trotzdem nicht in den Einlaß oder Auslaß spritzen (Ölverbrauch).
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2. Das Gasvolumen ist größer als bei kreisförmiger Bahn -kurve, daraus
resultiert ein besseres Leistungsgewicht, Das Verhältnis aus Brennraumoberfläche
zu Brennraum ist besser. Dadurch werden kleinere Wärmeverluste erreicht.
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3. Die Welle liegt über 900 fast an der Wand an, und es ergibt sich
ein besonders langer Drosselspalt (5-0), dessen Leckage vernachlässigt werden kann.
Dadurch wird die Gefahr des Durchbrennens vermieden.
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Auf der Welle sitzt, durch einen Deckel vom Brennraum getrennt, die
Steuerhülse. Sie besitzt am Umfang eine Aus -fräsung mit der Bogenlänge 1 (siehe
Bild1 ) . Diese Ausfrä -sung gibt bei jeder Umdrehung, während 1 überstrichen wird,
den Einlaß der konzentrischen Gehäuseteile frei.
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Die Bogenlänge (1) bestimmt das Ansaugvolumen.
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- Die Steuerhülse läuft berührungslos zwischen den Gehäu -seteilen
um, und somit wird zur Gassteuerung kaum leistung gebraucht.
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- Der kurze Einlaßkanal und der sich rasch erweiternde Brennraum
gewährleisten gute Füllung und gute Ver -wirbelung.
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Schließt die Steuerkante der Steuerhülse, so wird über eine Zündkerze
(Z) gezündet. Der Druck steigt (isochor- isobar ähnlich dem Seilingerprozeß) an
und treibt die Dichtleisten über den dauernd geöffneten Auslaß (A). Ansaugvolumen
und Gesamtvolumen können so abgestimmt werden, daß bei Errei -chen des Auslaßkanales
gerade der Umgebungsdruck erreicht wird. Es entsteht kein Auspuffknalll Die heißen
Restgase werden bei der nächsten Umdrehung ausgeschoben, wobei auf der dem Brennraum
zugewandten Seite bereits wieder angesaugt und expandiert wird.
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Bei jeder Umdrehung wird angesaugt, expandiert und ausge -schoben.
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Obwohl der thermische Wirkungsgrad nur wenig über 0,5 reicht (c, =
f(T) ; cv = f(g) berücksichtigt), kann der Gesamt -wirkungsgrad doch nennenswert
über 0,3 reichen, da der me -chanische Wirkungsgrad bei ca. 0,9 liegt.
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Dies ist insbesondere auf die verwendete Steuerhülse zu -rückzuführen,
da eben keine Nockenwelle, oszillierende Ventile, Steuerketten usw. angetrieben
werden müssen.
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Die Dichtheit der Steuerhülse gegen den Brennraum kann durch entsprechende
Toleranzen oder durch Rillen in axialer Richtung (Labyrinth) so weit verbessert
werden, daß keine nennenswerten Verluste entstehen. Zudem ist eine "Belas -tung"nur
bei Beginn der Sberschneidung gegeben.
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Die Steuerhülse erledigt eine weitere Aufgabe: Durch die Rotation
zwischen den Gehäuseteilen entsteht eine laminare Schleppströmung hoher Geschwindigkeit,
die den Großteil der Kühi-ung bewerkstelligt.
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Neben den genannten Vorteilen hinsichtlich Bau und Be -trieb (Wartung)
kann dieser Verbrennungsmotor, ohne jegliche Änderung, als Druckluftmotor oder als
Verdich -ter, mit exzellentem Wirkungsgrad, betrieben werden.
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Der Motor ist insbesondere dort mit Vorteil einzusetzen, wo es auf
lange Lebensdauer, Wartungsfreundlichkeit und leisen Lauf ankommt, also als Antrieb
für Wärmepumpen, Notstromaggregate usw Interessant ist der Einsatz im PkW - Bau,
da bei mehre -ren Motoren auf einer Welle eine Einzelabschaltung keine Probleme
bereitet, da die Reibleistung klein ist und keine Verdichterarbeit verrichtet wird.
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Der Drehmomentverlauf ist nahezu konstant.
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