DE4105960C2 - Radialkolbenmotor - Google Patents
RadialkolbenmotorInfo
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B13/00—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion
- F01B13/04—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder
- F01B13/06—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder in star arrangement
- F01B13/061—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder in star arrangement the connection of the pistons with the actuated or actuating element being at the outer ends of the cylinders
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B57/00—Internal-combustion aspects of rotary engines in which the combusted gases displace one or more reciprocating pistons
- F02B57/08—Engines with star-shaped cylinder arrangements
- F02B57/10—Engines with star-shaped cylinder arrangements with combustion space in centre of star
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- F02C5/00—Gas-turbine plants characterised by the working fluid being generated by intermittent combustion
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Description
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsmaschine nach dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei dem typischen Vertreter von Verbrennungsmaschinen, dem
Otto-Motor, wird die erzeugte Kolbenkraft auf eine
Kurbelwelle übertragen und so ein Drehmoment erzeugt.
Nachteil dieser Kraftübertragungsart sind die schwer beherrschbaren
Massenkräfte, oszillierende Massenkräfte und Massenmomente und
schlechte mechanische und thermische Wirkungsgrade.
Weiterhin bekannt ist ein Fliehkolben-Rotationsmotor
mit zwei Zylindern nebeneinander um 180 Grad versetzt, auf
einer Längsachse mit je einem Kolbenpaar im Zylinder. Die
darin beweglichen Kolben drücken sich gegen ein
ellipsenförmiges Gehäuse auf der als schiefe Ebene wirkende
Lauffläche ab und bringen den Zylinder in Drehung.
Entscheidend dabei ist, daß diese Drehbewegung nur
funktioniert, wenn um nahe 90 Grad versetzt ein zweiter
Zylinder arbeitet, noch besser jedoch wenn weitere Zylinder so versetzt
arbeiten. Der Verbrennungsraum liegt hierbei direkt an der
Mittenachse, was ein Wärmeproblem darstellt.
Das Viertaktsystem erlaubt dabei einen Arbeitstakt je Kolben und
Umdrehung. Eine andere Erfindung arbeitet ebenfalls mit
elliptischen oder ähnlichen Nockenlaufbahnen, wobei
der innere Zylinder still steht und die gegenüber
liegenden Kolben, im Brennraum verbunden, äußere Arbeits
elemente in Drehung versetzen, indem ebenfalls wie bei der
vorher beschriebenen Erfindung, die schiefe Ebene und der
Versatz der Kolbenpaare, mit mindestens zwei vor
handenen Zylindern, Voraussetzung sind für eine Drehmomenterzeugung.
Nochmals zusammengefaßt: Beide Verfahren haben als
Grundidee radiale Kolben mit Schubstangen auf Rollen die
sich an einer sogenannten Nockenlaufbahn abstoßen und einen
inneren oder äußeren Zylinder in Drehung versetzen. Das
gelingt aber nur durch Versatz möglichst vieler
nebeneinander laufender Kolben bzw. Zylinder. Beide benutzen
die Mitte des Motors für die Kraftstoffzufuhr, wie auch den
Gasaustritt.
Fundstellen: DE 26 52 402 T1
DE 39 07 307 A1
Fundstellen: DE 26 52 402 T1
DE 39 07 307 A1
Alle erwähnten Entwicklungen beruhen nach der Lehre der
Wärmetechnik, auf der Umwandlung von Wärme in mechanische
Energie. Das Gleichgewicht das sich dabei einstellt ist ein
statisches.
Die Umwandlung von Wärme in mechanische Energie kann sich
aber auch im Gas selbst vollziehen. Dieser Zustand tritt
ein, wenn sich eine Gasmasse bei der Entspannung von einem
höheren Druck auf einen niedrigeren Druck ausdehnen kann, so
daß die Gasmasse auf eine bestimme Geschwindigkeit gebracht
wird. Dadurch wird das Gas zum Träger der mechanischen
Energie. In diesem Fall ist das sich einstellende
Gleichgewicht ein dynamisches.
Diese Alternative in der Wärmelehre bildet die theoretische
Grundlage der Erfindung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, radial wirkende
Kolben an einer
ellipsenähnlichen Führungsbahn umlaufen zu lassen, um damit
Bewegungshübe entsprechend dem "Otto-Motor" zu erreichen.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen
Einrichtung durch die Merkmale des einteiligen Patentanspruchs 1
gelöst, soweit sie nicht im vorstehenden Text der Beschreibungs
einleitung als bekannt herausgestellt sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen angegeben.
Es wird ein Verbrennungsvorgang eingeleitet,
der nicht dazu dient, daß sich die Kolben an der
Führungsbahn abdrücken, um damit Zylinder oder Gehäuse in
Drehung zu versetzten, sondern der dazu führt, daß im
Brennkammergehäuse verbrannt wird und das Gas aus dem
Brennkammerraum über Kanäle herausgeleitet wird in
zylinderähnliche Kammern, wo durch Expansion des Gases der
Zylinder mit den sogenannten Brennkammergehäusen in Drehung
versetzt wird. Dabei erübrigt sich ein Versatz der
Brennkammergehäusepaare zueinander.
Vorteil: Ein Zylinder
mit zwei Brennkammergehäusepaaren, nach dem 2-Takt-Prinzip
arbeitend, ersetzen einen "Viertakt-Otto-Motor" mit 16
Zylinder. Besonders die hierdurch ermöglichte schmale und
überwiegend aus Drehteilen bestehende Bauweise ermöglichen
einen umfangreichen Einsatz von Keramikmaterial.
Keramik zeichnet sich für hohe Temperaturbeständigkeit und
große Härte aus; also ideal
einzusetzen bei schwingungsarmen dynamisch arbeitenden
Aggregaten. Folglich Rohstoffschonend, bei vermindertem
Schmiermittelbedarf und Kühlwärmeentzug, hoher Prozeßwärme und gutem
thermischen und mechanischen Wirkungsgrad.
Das heißt Verminderung des CO₂ in den Abgasen. Die Überlegungen
müssen auf Dieselmotoren beschränkt bleiben, weil
mindergekühlte Brennraumwände heißer werden und bei
Benzinmotoren klopfende Verbrennungen verursachen.
Dagegen kann ein Dieselbrennstoff, gemixt mit alkoholischem
Kraftstoff, seine niedrigen Emissionen voll zur Geltung
bringen.
Ein Ausführungsbeispiel wird in den Zeichnungen
dargestellt und im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch den Radialkolbenmotor
mit Teilschnitt einer Expansionsstufe,
Fig. 2 einen Längsschnitt (Halbschnitt) durch den
Radialkolbenmotor, mit Lagerung des Zylinders in
dem sich die vier Brennkammergehäuse befinden und
Fig. 3 einen Querschnitt durch die Brennkammer, den
Gaskanälen (rechts und links), die
Expansionsstufen (rechts und links), den synchron
mit dem Zylinder umlaufenden Schiebern (rechts und
links) und versetzt gezeichnet, den integrierten
Verbundstufen.
Das Gehäuse (1) des Radialkolbenmotors ist am äußeren Umfang
mit zwei Drehmomentstützen versehen, die a) als
Rahmenaufhängung dienen und b) das Gegenmoment zum
Drehmoment des Motors bilden. Eine Führungsbahn (2) auf der
Innenseite des Gehäuses (1) ist so ausgebildet, daß sie die
Hubbewegung der vier Brennkammergehäuse (4) bewirkt. Die
Drehfrequenz des kugelgelagerten Zylinders (3) erzeugt eine
Fliehkraft, welche die Brennkammergehäuse (4) zentrifugieren,
so daß diese sich schon bei geringer Drehfrequenz an
das Gehäuse (1) anlegen, mit der Folge einer exakten
Steuerung. Ein gezielter Verdichtungseffekt ergibt sich
dadurch, daß die Führungsbahn (2) im Verdichtungsbereich
(Koordinate x-x) erhaben ist. Der rotierende Zylinder (3)
ist bestückt mit zwei Brennkammergehäusepaare (4) mit 90
Grad Teilung, die einen vorteilhaften vollkommenen Massen
ausgleich bilden. Bei großen Durchmessern sind weitere Paare
integrierbar. Der Kern des Zylinders ist einerseits An
triebswelle und andererseits Kanal für die Brennstoffzufuhr.
Scheibenförmig im Aufbau, trägt der Zylinder mittig die
Brennkammern radial in einer Achse, beiderseits daneben,
durch die statischen Expansionsstufen (11) getrennt, die
Verbundstufen (12). Fest mit dem rotierenden Zylinder (3)
verbunden haben diese Scheibenpaare die Aufgaben a) das aus
den Expansionsstufen austretende Gas noch einmal für den
Antrieb zu nutzen, b) als Verschluß für die in Aktion
stehenden Expanionsstufen und c) an ihrem Umfang den Anker
der beiden E-Antriebe (Generatoren) zu tragen.
Die Brennkammergehäuseführungen im Zylinder werden von der
Mittenachse aus mit Brennstoff versorgt.
Dazu dient ein Bodenventil (10), daß sich öffnet durch den
entstehenden Unterdruck bei nach außen strebenden
Brennkammergehäusen. Durch diese Ventilöffnung wird Luft und
Brennstoff in die Hubkammer aufgenommen. Beim Komprimieren
wird dieses Brennstoff-Luft Gemisch über das im
Brennkammergehäuse integrierte Rückschlagventil in die im
Brennkammergehäuse integrierte Brennkammer gepreßt. Im
Zustand der Kompression sind die von der Brennkammer
abgehenden Überströmkanäle (13) durch die statischen
Schieber (26) verschlossen. Ebenso schließt das
Rückschlagventil. In bekannter Weise, vergleichbar mit einem
Vorkammer-Dieselmotor, erfolgt die Expansion. Die
Überströmkanäle (13) werden geöffnet und das Gas strömt in
die statischen Expansionsstufen (11). Verlassen also den
Zylinder (3). Das hier entstehende Drehmoment wird also
nicht vom Kolbenweg bestimmt, sondern vom Abstand zwischen
Zylindermitte und Expansionsstufe (11). Weiter ist zu
bemerken, daß die Brennkammerführung einschließlich des Bodenventils
(10) relativ kalt bleibt, weil die Verbrennung im
Brennkammergehäuse (4) stattfindet und nicht die heißen Gase
aufzunehmen braucht. Nach einer 90 Grad Drehung der
Brennkammerpaare ist die Gasexpansion beendet. Die
Expansionsstufen (11) werden vom rotierenden Zylinder (3)
geschlossen und das Gas in den Expansionsstufen entspannt
sich dadurch, daß die Stufen von den synchron laufenden
Verbundstufen nacheinander geöffnet werden und das weiter
entspannte Gas aufnehmen. Die noch vorhandene Wärmeenergie
des Gases unterliegt hier einer Restnutzung, bekannt
als Turbocompound-System. Hier sei nochmals gesagt,
daß beiderseits des Zylinders (3) die Wärme-Kraft-Koppelung
stattfindet.
Da das gesamte Wechselspiel nur zwischen zylinderischen,
rotierenden Körpern stattfindet, ist das Abdichtproblem
beherrschbar.
Die Einbeziehung zweier Elektro-Antriebe rechts und links
des Zylinders bietet sich an, weil es auf relativ große
Durchmesser aufbaut und damit auch kompakt integriert werden
kann. Es kann als E-Motor oder Generator genutzt werden und
dient der Umweltschonung. Auch eine Erweiterung der
Zylinderanzahl ist denkbar, um bei einer Hubraumerweiterung
den Durchmesser des Radialkolbenmotors nicht zu groß werden
zu lassen.
Claims (4)
1. Radialkolbenmotor als Selbst-
Zünder konzipiert in Hybridbauweise, von einem
statischen Gehäuse (1) umgeben, mit einer innen
liegenden Führungsbahn (2) ausgestattet, die in
ihrer Formgebung so gestaltet ist, daß sie
mindestens zwei paarweise gegenüberliegende
Brennkammergehäuse (4), radial rotierend in
einer Querachse angeordnet, unter der Last aus
ihrer Fliehkraft an die Führungsbahn (2) gepreßt,
bei ihrem Arbeitsablauf optimal steuert, so daß
jede Brennkammer (6) je Umdrehung vier Hübe
ausführt, daß die Brennkammergehäuse (4) in
einem Zylinder (3) axial und radial geführt und
mittels diesem im statischen Gehäuse (1) gelagert
sind, daß durch das Zentrum (9) des rotierenden
Zylinders (3) Luft (21) angesaugt und Brennstoff
eingespritzt (19) wird, jeweils im Ansaugtakt
dadurch, daß dabei ein sogenanntes Bodenventil (10)
den Bodenbereich (22) der Brennkammergehäuseführung
durch systembedingten Unterdruck öffnet und
daß die Brennkammergehäuse (4) Gaskanäle (7)
aufweisen, die das verdichtete Gas in die beid
seitig des Zylinders (3) angeordneten, im Arbeitsbe
reich einerseits geschlossenen Expansionsstufen
leiten und nach dem Expansionsprinzip ein Drehmoment
erzeugen und daß dann durch Öffnen der Expansions
stufen (11) die Abgase ausgestoßen bzw. entsorgt
werden.
2. Radialkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Brennkammergehäuse (4)
eine dem Verdichtungsverhältnis angepaßte
Brennkammer (6) besitzen, daß die Brennkammern (6)
im Eingangskanal ein Rückschlagventil (14) besitzen,
welches bei der Zündung den Eingangskanal verschließt,
daß die Brennkammer (6) in axialer Richtung des Radial
kolbenmotors nach beiden Seiten hin Gasaustrittskanäle
(7) besitzt, die so verlegt sind, daß während der
Umlaufphase eine Verbindung zu den beiden Über
strömkanälen (13) im Zylinder (3) besteht.
3. Radialkolbenmotor nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der rotierende Zylinder (3) auf
beiden Außenseiten, im Arbeitsbereich der vier Brenn
kammergehäuse (4), Überströmkanäle (13) besitzt, die
unter einem Winkel von 10-20 Grad zu Mittellinie, ent
gegen der Drehrichtung des Zylinders, das komprimierte
Gas in die beiderseits des Zylinders (3),
statisch angeordneten Expansionsstufen (11) überleiten.
4. Radialkolbenmotor nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Expansionsstufen (11) im
Stadium der Gasaufnahme durch die jeweils gerade im
Zustand der Verdichtung stehenden Brennkammergehäuse
(4), auf ihrer Gegenseite durch je
einen mit dem Zylinder (3) synchronlaufenden Schieber
(23) gesperrt sind.
Priority Applications (3)
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DE19914105960 DE4105960C2 (de) | 1991-02-26 | 1991-02-26 | Radialkolbenmotor |
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DE102022000663A1 (de) | 2022-02-16 | 2023-08-17 | Wolfgang Maier | Rotationskolbenmotor |
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JPS5261609A (en) * | 1975-11-17 | 1977-05-21 | Combustion Res & Tech | Reciprocating motion rotary engine |
DE3907307A1 (de) * | 1989-03-07 | 1990-09-13 | Walter A Dr Frank | Fliehkolben-rotationsmotor, insbesondere verbrennungsmotor |
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- 1991-02-26 DE DE19914105960 patent/DE4105960C2/de not_active Expired - Fee Related
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1992
- 1992-08-18 DE DE19924231482 patent/DE4231482A1/de not_active Ceased
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DE202022000471U1 (de) | 2022-02-16 | 2022-03-07 | Wolfgang Maier | Rotationskolbenmotor |
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Also Published As
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