DE3408560A1

DE3408560A1 - Kugelmotor bzw. kugelpumpe

Info

Publication number: DE3408560A1
Application number: DE19843408560
Authority: DE
Inventors: Hermann 8111 Altenau Staltmeir
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-03-14
Filing date: 1984-03-08
Publication date: 1984-09-27

Description

Beschreibung
Der in Fig. 1 dargestellte Kugelmotor ist ein Verbrennungsmotor, der mit nur wenigen bewegten Teilen eine leistungsstarke und kompakte Bauweise ermöglicht.
Den Außenmantel des Motors bildet eine Hohlkugel (1) Die Abtriebswelle (2) hat keine Kröpfung und kann dadurch je nach Bedarf auch als Rohr- oder Hohlwelle ausgeführt werden. Auf ihr sind die beiden Taumelkolben (3) und (4) drehbar gelagert, wobei die Achsen A-B der Taumelkolben unter dem Winkel gegen die Abtriebswelle geneigt sind. Die kegeligen Flächen (3a) und (4a) der Taumelkolben berühren sich in der Wälzlinie (W), Schwimmend auf der Abtriebswelle gelagert befindet sich eine Kugel (6), welche zwei annähernd trapezförmige Trennwände (5) trägt, die an ihrem äußeren Ende in der Hohlkugel (1) befestigt sind. Die beiden schrägen Seitenflächen der Trennwände (5) ragen in Aussparungen (13) der beiden Taumelkolben (3) und (4) (Fig. 2). Die Dichtleisten (9) bewirken eine Abdichtung zwischen Taumelkolben und Trennwand.
Während einer Umdrehung der Abtriebswelle (2) macht die Wäzlinie (W) (die Berührlinie zwischen den beiden Taumelkolben (3) und (4) ) ebenfalls eine Umdrehung. In Fig. 3 ist eine Stellung dargestellt, in welcher das Innenvolumen durch die beiden Trennwände (5) und durch die Wilzlinie (w) in drei Teilvolumina V, Vx und VE aufgeteilt ist. Die Wälzlinie (W) bewegt sich im -Uhrzeigersinn. Dabeivergrößert sich das Volumen VA und es wird Treibstoff-Luft-Gemisch durch den Vergaser (14) und den geöffneten Einlaßkanal (7) angesaugt. Das Volumen Vz , in dem sich bereits Treibstoff-Luft-Gemisch befindet, verkleinert sich und es erfolgt eine Vorverdichtung, Das Volumen V3 ist der Brennraum. Hier hat in der in Fig. 3 dargestellten Lage gerade eine Verbrennung stattgefunden.
Der Auslaßkanal (8) ist bereits geöffnet und die Verbrennungsgase strömen ins Freie. Sobald der Druck im Volumen h größer ist als der Druck im Volumen V3, öffnet sich die als Rückschlagventil wirkende Dichtleiste (9) und das vorverdichtete Gemisch strömt in den Brennraum. Der Auslaßkanal (8) ist inzwischen geschlossenO Nachdem die Wälzlinie die erste Trennwand (5) und die Zündkerze (16) passiert hat, erfolgt die Zündung. Der Druckanstieg in der Brennkammer ergibt eine Spreizkraft auf die beiden Taumelkolben und ein Drehmoment auf die Abtriebsweller Nachdem die Wälzlinie (w) die zweite Trennwand (5) und den Einlaßkanal (7) passiert hat, beginnt ein neuer Ansaugtakt im Volumen VF und ein neuer Verdichtungstakt im Volumen Ve, während der Arbeitstakt im Volumen noch andauert, bis die Wälzlinie (W) wieder die in Fig. 3 gezeigte Lage erreicht hat.
Der Winkel zwischen den beiden Trennwänden (5) in Abb. 3 kann frei gewählt werden. Dadurch läßt sich das Verhältnis zwischen Ansaugvolumen und Brennraumvolumen beliebig variieren und man kann ohne zusätzliche Bauteile eine Kompressor-Aufladung erreichen. Das bedeutet einen großen nutzbaren Leistungsbereich und ein hohes Drehmoment auch bei niedrigen Drehzahlen (im Gegensatz zum Motor mit Abgas-Turbolader). Durch volle Aufladung auch bei niedriger Drehzahl ergeben sich auch gute Starteigenschaften.
Durch Anbringen von mehr als zwei Trennwänden (5) pro Hohlkugel (1) ist eine Ausbaufähigkeit auf mehrere Lade-und Arbeitsräume gegeben. Auch ein Aneinanderreihen mehrerer Kugeln auf einer Welle ist möglich.
Es sind Frisch- und Abgas-Steuermöglichkeiten wie beim bekannten Viertakt-Otto-Motor vorhanden, j jedoch ohne daß eine zusätzliche Ventilanlage benötigt wird. Durch Nutzen der Taumelbewegung der Taumelkolben (3) und (4) sind über Scnlitzsteuerung sehr kurze Offnungs-und Schließzeiten auch bei großen Durchlaßquerschnitten möglich. Dadurch entfällt der Nachteil von steilen Nocken, sowie der gesamte Ventiltrieb mit seinen leistungs- und wirkungsgradmindernden bewegten Teilen.
Eine gute Treibstoffausnutzung und somit hoher Wirkungsgrad eribt sich auch durch das völlige Entleeren der Ladekammern, da beim Abrollen der Wälzlinie kein Freiraum benötigt wird, wie z.,3. beim Kolbenkompressor zwischen Kolbenboden und Zylinderkopf. Der Ansaugvorgang erstreckt slcn über etwa drei Viertel einer Umdrehung der Abtriebswelle. Das ergibt einen nahezu kontinuierlichen Ansaug-Luftstrom. Nan erhält eine große Imsaufr- und Aufladeleistung ohne zusätzliche Hilfsaggregate.
Es sind Ausführungen nach dem Zweitakt- und dem Viertakt-Prinzip möglich. Der Kugelmotor kann als Diesel-, Benzinmotor, oder für sonstige Treibstoffe verwendet werden.
Durch die Abwälzbewegung der beiden Taumelkolben erhält man eine günstige Drehmomentabstützung und vermeidet Probleme durch Kolbenkippen oder einseitiges Abstützen des Kolbens an der Zylinderwand, wie sie beim Kolbenmotor mit Kurbeltrieb auftreten. Durch die gegenläufigen Taumelkolben, die sich direkt auf der geraden Starrwelle ohne Pleuel abstützen ergibt sich eine hohe Laufruhe.
Die Brennkammer (15) kann als Kugelbrennkammer ausgeführt werden. Der stabile Aufbau des Kugelmotors erlaubt hohe Belastungen (Verdichtung, große Füllmenge) und dadurch ergeben sich auch Vorteile bei der Verwendung als Dieselmotor mit Direkteinspritzung.
In Fig. 6 ist eine Möglichkeit dargestellt, das Austreten der Verbrennungs-Abgase in den Auspuff (12) durch einen Steuerschlitz (11) im Taumelkolben zu steuern. Dabei wird der Auslaßkanal (8) über eine Abgas-Staukammer (10) zurück in die Hohlkugel (1) geführt. Der Taumelkolben (3) ist mit einem Steuerschlitz (11) versehen, der die Abgas-Staukammer in Abhängigkeit von der Schrägstellung des Taumelkolbens mit dem Auspuff (12) verbindet oder absperrt. Dadurch lassen sich sehr kurze Öffnungs- und Schließzeiten erzielen. Außerdem erhält man durch das zeitversetzte Öffnen des Auslaßkanals (8) und des Steuerschlitzes (11) einen unterbrochenen Expansionsknall und damit eine bessere Schalldämpfung.
Die Funktion der Kugelpumpe ist in Fig. 7 dargestellt.
Abgeteilt durch die Trennwand (5) und die Wälzlinie () erhalt man zwei Teilvolumina Vz und V2. , Während eines Umlaufs der Wälzlinie (W) in Pfeilrichtung vergrößert sich das Volumen Va ständig, während sich das Volumen V2 dauernd verkleinert. So erhält man einen kontinuierlichen Volumenstrom zwischen Einlaßkanal (7) und Auslaßkanal (8).
Dadurch ergibt sich eine einfache und kompakte Pumpe mit gleichmäßigem Volumenstrom und hoher Förderleistung, Bezugszeichenliste 1 Hohlkugel A-B Achse α Winkel C-D Achse 2 Ab- ozw. Antriebswelle 3 Taumelkolben 3a Taumelkolbenfläche (Wälzfläche) 4 Taumelkolben 4a Gegenfläche 5 Trennwand 6 Kugel 7 Einlaßkanal 8 Auslaßkanal 9 Dichtleisten 10 Abgas-Staukammer 11 Steuerschlitz 12 Auspuff W Wälzlinie 13 Aussparung V1, V2, V3 Volumen 14 Vergaser 15 Brennkammer 16 Zündkerze

Claims

Patentansprüche 1, Kugelmotor bzw. Kugelpumpe, insbesondere zum Antrieb von Automobilen bzw. zum Fördern von Flüssigkeiten und Gasen, basierend auf dem Prinzip volumenveränderlicher Arbeitsräume, mit mindestens einem auf der Ab- bzw.

Antriebswelle gelagerten Taumelkolben, dadurch gekennzeichnet, daß a) die äußere Begrenzung der volumenveränderlichen Arbeitsräume die Form einer Hohlkugel (1) aufweiset, b) die Taumelkolben-Achse A-B unter einem Winkel gegen die Achse 0-1) der Ab- bzw. Antriebswelle (2) geneigt ist, c) die dem Kugelmittelpunkt zugewandte Taumelkolbenfläche (3a) sich auf einer Gegenfläche (4a) abwälzt, d) das zwischen Hohlkugel (1), Taumelkolbenfläche (3a) und Gegenfläche (4an) eingeschlossene Volumen durch mindestens eine Trennwand (5) unterteilt wird, e) die Teilvolumina mit Ein- und Auslaßkanälen (7,8) versehen sind.
2. Kugelmotor bzw. Kugelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet (Fig. 1), daß die Gegenfläche (4a) durch einen zweiten Taumelkolben (4) gebildet wird, wobei die Wävlzflächen (3a) und (4a) im Wesentlichen die Form von Kreiskegeln aufweisen und sich ein spiegelbildlicher Aufbau des Kugelmotors bzw. der Kugelpumpe ergibt.
3. Kugelmotor bzw. Kugelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet (Fig. 4), daß die Gegenfläche (4a) eine ebene Kreisfläche ist und die Wälzfläche (3a) des Taumelkolbens (3) aus einer Kegelfläche besteht..
4. Kugelmotor bzw. Kugelpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet (Big. 5), daß die Gegenfläche (4a) eine Kegelfläche ist und die Wälzfläche (3a) des Taumelkolbens (3) aus einer ebenen Kreisfläche besteht.
5. Kugelmotor bzw, Kugelpumpe nach Anspruch 1, 2, 3, 4, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zur Hohlkugel (1) eine kleinere Kugel (6) angeordnet ist (Fig. 1, 3, 6)
6. Kugelmotor bzw. Kugelpumpe nach Anspruch 1...5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Auslaßkanäle (7,8) auf der Hohlkugel (1) so angeordnet sind, daß die Bewegung des Taumelkolbens (3) ein Öffnen und Schließen der Kanäle bewirkt (Fig. 2, 3).
7. Kugelmotor bzw. Kugelpumpe nach Anspruch 1...6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleisten (9) zwischen Taumelkolben (3) und Trennwand (5) als Rückschlagklappen ausgebildet sind. (Fig. 2)
8. Kugelmotor nach Anspruch 1...7, dadurch gekennzeichnet (Fig. 6), daß der Auslaßkanal (8) über eine Abgas-Staukammer (10) zurück in die Hohlkugel (1) geführt ist, die der Taumelkolben (3) infolge seiner. Taumelbewegung über einen Steuerschlitz (11) mit dem Auspuff (12) verbindet bzw. absperrt.