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Technisches Fachgebiet der Erfindung
Die Erfindung gehört zu den in der Fachliteratur für Verbrennungsmotoren so benannten Verbundmotoren oder Compound- Motoren, wie sie hauptsächlich für Flugzeugantriebe vor dem Erscheinen der Strahltriebwerke konzipiert wurden. Darunter versteht man, wie die Fig. 1 typisch zeigt, die Koppelung einer Hochdruck-Hubkolbenmaschine HKM mit im Zylinder erfolgender innerer Verbrennung, mit einer Niederdruck- Gasturbine GT verbunden über ein Schaltgetriebe SG, wobei über beide Maschinen ein einziger Motorkreisprozess läuft. Diese Anordnung ist ein konstruktives Mittel, um die beiden sonst unvereinbar scheinenden Merkmale, wie geringer spezifischer Verbrauch einerseits und niedriges Leistungsgewicht einer Leichtbaumaschine anderseits innerhalb des gleichen Gesamtaggregates zu vereinen.
Dabei wird die Motorgesamtleistung zum Teil von der Gasturbine und zum Teil von der Hubkolbenmaschine erzeugt. Der Kreisprozesszyklus geht eindirektional über beide Maschinen. Die Leistungsaufteilung hängt vom Zwischendruck p2L zwischen beiden Maschinen gemäss Fig. 2 und Fig. 7 ab, wo ein idealisiertes pv- Diagramm dargestellt ist, wobei die Zahlenwerte der Erfindung von einem mit Berücksichtigung der Temperaturveränderlichkeit der Stoffwerte berechneten idealen pv- Digramm stammen.
Eine erfolgreiche Serienmaschine dieser Bauart war der Wright R3350-Turbo-CompoundMotor des Flugzeuges Lockheed Super Constellation der vierziger und fünfziger Jahre und der Prüfstands-Prototyp "Nomad"von Napier von 1945.
Sämtliche Turboladermotoren und Motoren mit Kolbenladern unterschiedlichster Bauarten (von Rootsladern bis Wankelladern) fallen im Gegensatz zu den Verbundmotoren nicht in das Fachgebiet der Erfindung, weil der Lader keine Leistung abgibt sondern im Gegenteil, im Falle von Kolben- ladern, Leistung von der Hubkolbenmaschine aufnimmt. Ebenso wenig in das Fachgebiet der Erfindung fallen Maschinen mit Kompression und Expansion in getrennten Kolbenmaschinen und dazwischen liegender Gleichdruck- Brennkammer.
Sparsamster spezifischer Verbrauch bis auf 130 g/kWh herunter ist nur bei grössten schweren, langsam laufenden Schiffsmotoren in Kreuzkopf-Bauweise bekannt.
Die Ursachen dafür sind teilweise hohe Verdichtungsverhältnisse bis G = 28 : 1 und gleichzeitig hohe Verhältnisse von Hub/Bohrung von bis zu 3 : 1, um trotz hohem r flache ungünstig scheibenförmige Brennräume zu vermeiden. Dabei explodiert das Leistungsgewicht der Schiffsmaschinen.
Im Gegensatz dazu ist der Verbundmotor ein Konzept, diesen niedrigen Verbrauch der Schiffsmaschinen mit geringem Gewicht und hohen Drehzahlen zu realisieren.
Der bisherige Stand der Technik der Verbundmotoren
Es wird zwischen tatsächlich gebauten Verbundmotoren und ähnlichen Ideen der Patentliteratur unterschieden :
A) Vergleich des Standes der Technik mit tatsächlich gebauten Verbundmotoren :
Die Fig. 1 zeigt schematisch den"Nomad"-Flugmotor von Napier aus dem Jahre 1945 der als gebauter Prototyp am Prüfstand einen spezifischen Verbrauch be von 210 g/kWh aufwies.
Tatsächlich in Serienproduktion in den vierziger Jahren war der spezifisch sehr sparsame Flugmotor R-3350-34 von Wright, eingebaut in den Flugzeugtyp "Super Constellation"von Lockheed.
Dabei ist die Gasturbine GT nicht nur Lader sondern auch Nutzleistungsmaschine, weil sie wegen der Getriebekoppelung SG mit dem Hubkolbenmotor HKM wesentlich mehr Abgasenergie aus dem Hubkolbenmotor umsetzen kann, als zum blossen Antrieb des eigenen Kompressors notwendig ist. Die Brennkammer der Gasturbine wird durch den Hubkolbenmotor ersetzt. Die beiden Einzelmaschinen haben für sich allein geringere Druck- und Verdichtungsverhältnisse, was bei der Kolbenmaschine kurze Hübe, hohe Drehzahlen und kleine Abmessungen ermöglicht, trotz der Kreisprozess-Eckdaten eines Hochwirkungsgrad-Schiffs-Grösstmotors. Zusammen besitzen beide Maschinen trotz hoher Drehzahlen und niedriger Einzel-Verdichtungsverhältnisse das hohe Verdichtungsverhältnis einer langhubigen langsam laufenden schweren Schiffsmaschine.
Es gilt :
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Fig. 2 zeigt mittels eines idealisierten p, v- Diagrammes den Grund für die Sparsamkeit plus Leichtigkeit derartiger Maschinen : Der Niederdruckteil mit seinen grossen spezifischen Gasvolumina wird durch die relativ kleine und leichte Gasturbine abgedeckt, die dank ihrer hohen möglichen Drehzahl ohne grosse Abmessungen haben zu müssen, bis auf den Druck der Umgebung entspannen kann. Dieser Vorteil ist notwendig, um den Einschnitt in der Diagrammfläche (Punkte 4,3L, 2L in Fig. 2) durch die unvermeidlichen Überström- Drosselverluste wettzumachen. Durch die hohe Aufladung ist die Hubkolbenmaschine kleiner, leichter, kurzhubiger und daher rasch laufend realisierbar.
Als Landfahrzeugmotor mit zeitlich stark wechselnden Drehzahlen und wechselnden Drehmomenten auf Hügelstrassen ist eine Kombination HKM + GT schlecht geeignet. Dafür müsste zusätzlich zum Schaltgetriebe zwischen HKM und GT genau genommen alle Leitschaufeln und alle Laufschaufeln von Kompressor und Turbine der GT drehbar regelbar sein und das bei einer vielstufigen axialen Gasturbine. Für eine derartige Drehbarkeit von Leit- und Laufschaufeln ist nur eine reine Axialturbine geeignet, das würde Abschied heissen von den sonst bei Abgasturboladern üblichen preiswerten Radialturbinen und Radialkompressoren.
Das Betriebsverhalten eines Verbundmotors mit Gasturbine im Vergleich zum erfindungsgemässen Motor mit 2 : 1-Kreiskolbenmaschine anstatt mit Gasturbine zeigt schematisch die Fig. 3 mittels eines Diagrammes von Drehmoment über der Drehzahl, kurz M über n : Über der Momentenlinie eines vergleichbaren Saugmotors SM befindet sich die einer Hubkolbenmaschine mit Gasturbine (HKM + GT) oder mit Turbolader.
Wegen der Getriebekoppelung mit der HKM ist die vorteilhafte Drehmomentlinie einer Zweiwellen- Gasturbine nicht möglich. Das Aggregat HKM + GT verhält sich bei Abweichungen vom Auslegepunkt ähnlich ungünstig wie ein Motor mit hoher Abgasturboaufladung mit dem MomentenMangel im niederen Drehzahlbereich, da der Druck der Niederdruck- Strömungsmaschine annähernd mit dem Quadrat der Drehzahl sinkt und umgekehrt bei hohen Drehzahlen für den Kolbenmotor viel zu hoch wird. Die bekannte Bypass-Regelung BR ist nur eine Behelfs-Schutzmassnahme.
Kurz : Kolbenmaschine und Strömungsmaschine passen mit ihren M, n- Kennlinien sehr schlecht zusammen. Der Startvorgang wird bei einem aufgeladenen Compound- Dieselmotor mit Gasturbine wegen des Nichtvorhandenseins von Ladedruck der Turbomaschine bei kleinsten Drehzahlen zu einem Konstruktionsproblem. Bei Anwendung im Flugbetrieb (gebaute Motoren von Napier und Wright) sind diese Nachteile nicht gravierend, da der Betriebspunkt vom Auslegepunkt nur wenig abweicht.
Beider erfindungsgemässen Maschine gemäss Anmeldung A 1184/2000 hingegen ladet eine Kolbenmaschine die andere Kolbenmaschine, wodurch das hohe Drehmoment bis in den niedersten Drehzahlbereich voll erhalten bleibt.
B) Vergleich des Standes der Technik mit Verbundmotorideen und ähnliche Maschi- nen in der Patentliteratur seit 1979 :
Die hier vorliegende Anmeldung unterscheidet sich wesentlich von erteilten Patenten, die als Entgegenhaltungen für Verbundmotoren und ähnliche Motoren genannt wurden :
EP 0 013 180 A1 (Erfinder Craig Chilton HILL- 19791 USA), kombiniert wie meist üblich einen Hubkolbenmaschinen (HKM)-Hochdruckteil mit einem Gasturbinen (GT)-Niederdruckteil.
Damit besteht ein grosser Gegensatz zur vorliegenden Erfindung, bei welcher der Niederdruckteil wegen Aufrechterhaltung des Drehmomentes im unteren Drehzahlbereich und zur Erzielung hoher Ladedrücke ausdrücklich eine Kolbenmaschine ist, und von Bucheit auch eine Beweisführung gemacht wird, warum innerhalb der Kategorie Kolbenlader dafür eine Kreiskolbenmaschine (KKM) mit Polkreisverhältnis 2 : 1 und und zweieckigem Kolben mit Dichtleisten bestmöglich geeignet ist. Die Ansprüche 1 und zwei der Anmeldung A-1184/2000 (Buchelt) befassen sich mit der vorteilhaften Gestaltung des Kolbenladers.
HILL befasst sich im Detail nur mit mit dem Hochdruckteil allein und obliegt dabei sehr schweren physikalischen Irrtümern, weil er die Massenbilanz entlang der Zustandspunkte seines von ihm angeregten Kreisprozesses nicht berücksichtigt, so dass die von ihm angeführten Vorteile der besonderen Ventilsteuerung seines Hochdruck- Hubkolbenmotors nicht im geringsten zutreffen.
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Selbst ohne diese Irrtümer sind Funktion, Konstruktion und damit die Ansprüche zur Anmeldung von Buchelt sehr verschieden.
CH 664 193 AS (Erfinder Dr. H. C. Felix WANKEL- 1982/DE) ersetzt einen Abgasturbolader eines Hubkolbenmotors durch zwei innerachsige Rotationskolbeneinheiten wobei beide Maschinen auf der gleichen Welle sitzen, eine als Kompressor dient und die andere als Abgas- Expansionsmotor, der den Kompressor treibt. Dabei ist dieses Gerät wie ein Turbolader nur über die Gasströme mit der Hubkolbenmaschine in Verbindung, der Anspruch 1 der CH 664 193 A5 betont ja auch die "mechanische Unabhängigkeit" vom aufgeladenen Motor. Es gibt also keine mechanische über Zahnradverbindung zwischen Niederdruck und Hochdruckmaschine, im Sinne des Oberbegriffes von Anspruch 1 der Anmeldung von Buchelt.
In diesem Sinne ist die Maschine von Wankel kein "Verbundmotor" wie das vorgeschlagene Aggregat von Buchelt, bei welchem auch die gleichzeitig als Lader dienende Niederdruckmaschine Nutzleistung abgibt und nicht nur die Hochdruckmaschine.
Für reine Aufladezwecke wie bei Wankel genügt wie die Fig. 3 der CH 664 193 A5 zeigt, eine querschnittsgleicher Expander, dessen Gehäuse annähernd gleich breit ist wie das des Kompressors.
Das Kreiskolbenaggregat System Oldham/Franchot, das im Oberbegriff von Anspruch 1 der Anmeldung A-1184/2000 von Buchelt bereits als mit,, zwei Rotoren" für Kompressor und getrennten Expander ausgestattet erwähnt wird, gehört nach der von Wankel in seinem Buch "Die Einteilung der Rotations- Kolbenmaschinen" 1963 geschaffenen Terminologie gleichfalls zu der von Wankel in seinem Anspruch 1 in CH 664 193 A5 erwähnten Kategorie "tnnenachsige Kreiskolbenmaschi- nen", ist aber in Anspruch 1 von Buchelt in dem mit "dadurch gekennzeichnet" beschriebenen Hauptmerkmal über Getriebe mit einer HKM verbunden, also keine vom HKM- Motor mechanisch "unab- hängige Anordnung" wie in Wankeis Anspruch 1 und ferner durch einen gegenüber dem Kompressor 1, 3 fach bis 3,
5 fach breiteren Expan- der bei gleichem Querschnitt im Anspruch 1 der A-1184/2000 gekennzeichnet, eine Idee, die bei Wankel nicht vorkommt, und bei Wankel wegen der fehlenden Getriebeverbindung zum Hochdruckmotor auch sinnlos wäre und in seiner Kinematik von jener Wankeis in der CH 664 193 A5 insbesondere in der Fra- ge der Abdichtung grundverschieden.
Diese im obigen zweiten Punkt erwähnten um ein Vielfaches unterschiedlichen Breiten haben bei dem in der Anmeldung von Buchelt beschriebenen KKM-Aggregat nur dann einen physikalischen Sinn, wenn es das über Getriebe mit der Hochdruckmaschine verbunden ist und nicht etwa "mechanisch unabhängig ist", wie bei Wankel. Nur dann, wenn aus dem Abgasstrom des Hochdruckmotors mehr Energie als zum blossen Antrieb des Laderkompressors notwendig ist, entnommen werden soll, weil diese Überschussenergie über Zahnräder an den Hochdruckmotor abgegeben werden kann, kommt man auf die Idee der wesentlich grösseren Breite des Expander- Kreiskolbenaggregates wie dies Anspruch 1 der Anmeldung von Buchelt vermerkt.
Wankel vermeidet mittels komplexer Hüllkurvenkinematik mit entsprechenden Zahnradgetrieben zur Führung seiner Rotorteile schleifende Dichtleisten, wozu aber bei einer Ladermaschine, die wesentlich geringeren Temperaturen und Drücken ausgesetzt ist, als problemlos laufende Wankel- Ottomotoren von Mazda der Gegenwart, kein Anlass besteht. Die Spaltdichtungen von Wankel in der CH 664 193 A5 müssen wegen der unvermeidlichen Zahneingriffsspiele der Führungsverzahnungen gross sein und stellen wegen ihrer Form unfreiwillige Lavaldüsen dar, welche die Leckverluste fördern.
FR 2 777 943 A1 (Erfinder Andre Louis KOVACS-1998/FR) Die in diesem Patent dargestellte Maschine ist kein Verbundmotor im Sinne der übergeordneten Fachkategorie- Zuordnung der Anmeldung von Buchelt, weil die Hochdruckmaschine fehlt. Würde man die gesamte Maschine von Kovacs als Niederdruck- Aggregat auffassen und über Zahnräder mit einer bei Kovacs nicht vorhandenen Hochdruckmaschine verbinden und einen thermodynamischen Kreislauf über beide Maschinen laufen lassen, dann wäre Kovacs erst in der Kategorie der Verbundmotoren. Die blosse Aufteilung von Kompression und Expansion auf zwei getrennte Hubkolben- oder KreiskolbenAggregate ergibt noch keinen Verbundmotor im klassischen Sinn von Napier und Wright, dargelegt im Oberbegriff von Anspruch 1 der Anmeldung von Buchelt.
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Dadurch entfällt bei Kovacs die hohe Gesamtverdichtung und damit der von Buchelt angestrebte hohe Wirkungsgrad bei gleichzeitig niedrigem Leistungsgewicht worin der grundsätzliche Sinn eines Verbundmotors besteht.
Die Anmeldung von Buchelt wäre erst dann annähernd mit der von Kovacs vergleichbar, wenn man bei Buchelt die Hochdruck- Hubkolbenmaschine weglassen würde und durch eine annähernd mit Gleichdruck arbeitende Brennkammer ähnlich der eines Flugtriebwerkes ersetzen würde. Dann bleibt immer noch der fundamentale Unterschied der Art der angewandten Kreiskolbenmaschine.
Eine wesentliche Aussage der Anmeldung von Buchelt besteht darin, dass eine 2 : 1-Kreiskolbenmaschine vom System Oldham/Franchot bestmöglich als Niederdruckmaschine für einen Verbundmotor geeignet ist, der als Landfahrzeug ständig wechselnden Belastungen unterliegt. Die Fig. 3 des Patentes von Kovacs zeigt zwar auch eine Kreiskolbenmaschine mit Polkreisverhältnis 2 : 1 und einwandfreier Kinematik, erzeugt jedoch ähnlich der Anmeldung CH 664 193 A5 von Wankel einen Hüllkurvenspalt des Kolbens ohne Dichtleisten gegenüber dem Gehäuse, der auf Grund seiner Form unbeabsichtigt zur Leck- fördernden Lavaldüse zwischen den Kammern der Kreiskolbenmaschine wird. Damit ist ohne Dichtleisten vor allem bei der niedrigen Startdrehzahl keine ausreichende Verdichtung für ein Dieseiverfahren zu erzielen.
Nur ein Dieselverfahren kommt bei der von Bucheit vorgeschlagenen Verbundmaschine mit hoher Gesamtverdichtung in Frage.
Die für die Anmeldung von Buchelt sehr wichtige hohe volle Verdichtung bei geringsten Starterdrehzahlen in Verbindung mit dem Diesel- Verbrennungsverfahren kann nur mit einer 2 : 1- Kinema-
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e hohes theoretisches Verdichtungsverhältnis von s = 75 im Gegensatz zum klassischen 3 : 2-
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aufweist, bei Verwendung als Kompressor also einen grossen schädlichen Raum"besitzt. Den verschiedenen Breiten von Kompressor und Expander der 2 :
1-Maschine von Buchelt in Verbindung mit sonst gleichen Querschnitten zum Zweck der Rücksichtnahme auf verschiedene spezifische Volumina der Gase in Kompressor und Expander entsprechen bei Kovacs nicht nur gleichfalls verschiedene Breiten sondern auch verschiedene Querschnitte von Kompressor und Expander laut den Figuren 1,2 und 5 der FR 2 777 943 A 1 und ausserdem noch verschiedene variable Drehzahlverhältnisse, erzielt durch komplizierte Differential-Planetengetriebe laut Prinzpskizze Fig. 5 von Kovacs zum Zweck der Anpassung an den Volumsstrom des Verbrennungsgases bei Teillast und Überlast.
Die schlechte Eignung der 3 : 2- Kinematik für in getrennten Maschinen erfolgende Kompression und Expansion versinnbildlichen wohl unfreiwillig die beiden folgenden Patente, die in Zielsetzung und Konstruktionsmittel sehr viel anders zur vorliegenden Anmeldung A 1184/2000 (Bucheit) liegen :
US 5, 410, 998 A (Erfinder : Marius A. PAUL und Ana PAUL USA 1993) gehört nicht zur Katego- rie "Verbundmotoren"definiert im Oberbegriff des Anspruches 1 von Buchelt.
Die US 5, 410, 998 besitzt eine kontinuierliche äussere Gleichdruck-Verbrennung mit einer Brennkammer wie eine Gasturbine und weist zu diesem Zweck zwei 3 : 2- Wankel- Aggregate für getrennte Verdichtung und Expansion mit den oben unter "FR 2 777 943 A 1 (Kovacs-FR) geschilderten Nachteilen auf, wobei die Konzeptskizze Fig. 20 des Patentes von Paul eine funktionsunfähige Maschine darstellt, was leicht zu erkennen ist, wenn man sich die beiden Wankel-Rotoren aus der gezeichneten Totpunktlage der Fig. 20 der US 5, 410, 998 weiter gedreht vorstellt, weil sich dann Hohe Druck ohne Arbeit zu leisten direkt in den Auspuff verabschieden kann.
Der Anspruch 1 von M. und A. Paul befasst sich mit dem Geeignetmachen des für blosse Kompression und blosse Expansion in getrennten Aggregaten nicht geeigneten 3 : 2- Wankel- Konzeptes mit konstruktiv fragwürdigen Mitteln.
WO 86/035 58 A (Erfinder : Bryan J. DAVIES, Geoffrey Ph. DANES, Australien 1985) : Die in dieser Anmeldung gezeigte Maschine ist
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keine klassische Verbundmaschine der Fachgebietskategorie, zu welcher die Anmeldung A
1184/2000 (Buchelt) zuzuordnen ist, und die aus einem Hochdruckteil und einem Nieder- druckteil besteht, die mittels Getriebe verbunden sind, um die Vorteile "niedriger Kraftstoff- verbrauch" einerseits und" niedriges Leistungsgewicht" anderseits vereinen zu können, was bei Davies nicht zutrifft.
Die Maschine von Davies ist ein üblicher Wankelmotor mit Polkreisverhältnis 3 : 2, während
Buchelt nachweist, dass bei einer Verbundmaschine die Niederdruckmaschine idealerweise eine 2 : 1- Kreiskolbenmaschine sein soll, mit laut Anspruch 1 von Bucheit zu dieser Ma- schine verschieden breiten Gehäusen für Kompression und Expansion.
Das einzige besondere Merkmal am gewöhnlichen bekannten Wankelmotor der WO 86/035 58 von Davies ist die separierte Brennkammer, deren Volumen Davies von jenem der üblichen Brennraummulde bei 3 : 2- Wankelmotoren abziehen müsste, wenn er eine angestrebte Verdichtung einhalten will, ein Faktum, auf das er mit keinem Wort in seiner WO 86/035 58 eingeht, ebenso wenig auf die bei seiner Konstruktion zu erwartenden sehr hohen Strömungsverluste in den Bypasskanälen.
Die Ansprüche von Davies befassen sich mit der extern ausserhalb der Trochoide angeordneten Brennkammer, während in der Konstruktion von Buchelt die Verbrennung in der HochdruckHubkolbenmaschine durch direkte Dieseleinspritzung erfolgt.
Zielsetzung, Konstruktion und Ansprüche der WO 86/035 58 A sind zur A-1184/2000 total verschieden.
Das Konzept der Erfindung
Die gewählte Aufgabenstellung umfasste die Vereinigung von geringem spezifischem Kraftstoffverbrauch um 130 g/kWh geringem Leistungsgewicht um 1 kg/kW, kleinen Abmessungen, hohen Drehzahlen günstiges Drehmomentverhalten bei Wechsellasten und problemloses Starten nach wenigen Umdrehungen, kurz fast alles, was kaum vereinbar scheint.
Erfindungsgemäss gelöst wird diese Aufgabe durch eine geeignete Kombination von Hubkol- benmaschine HKM und Kreiskolbenmaschine KKM.
Fig. 3 zeigt als vorteilhafte Auswirkung einer Kennlinie von "Kolbenmaschine kombiniert mit Kolbenmaschine", die fast parallel nach oben verschobene Kennline HKM +2 : 1-KKM bezogen auf den vergleichbaren Saugmotor SM, mit dem hohen Drehmoment zum Beschleunigen im unteren Drehzahlbereich. Zugleich signalisiert Fig. 3 die deutlich grösseren erzielbaren Ladedrücke von HKM + 2 : 1-KKM als bei der Kombination HKM + GT.
Rein sachlich lässt sich das 2 : 1- Konzept deuten als die Erweiterung der bekannten Wankel- Reihe nach ganz unten mit dem Polkreisverhältn s n mit n als ganze Zahl, wobei das Verhältnis n -1
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= 2 :Felix Wankel her bekannt war.
Das Betriebsverhalten der Kombination HKM + KKM ist bei der vorliegenden Anmeldung wie bei einem Saugmotor zu erwarten, das heisst die Maschine startet leicht, reagiert elastisch auf Belastungswechsel und "hängt" am Gaspedal. Sie wäre daher für Fahrzeuge mit wechselnder Belastung, wie Geländefahrzeuge, Schnellboote und für Schienentriebwagen geeignet.
Fig. 4 zeigt eine Kombination einer Kreiskolbenmaschine mit dem Polkreisverhältnis von 2 : 1 (Verhältnis von abrollendem Polkreis gegenüber feststehendem Polkreis) kurz mit 2 : 1-KKM bezeichnet, die über ein Getriebe mit einer beliebigen Hubkolbenmaschine HKM gekoppelt ist, vorzugsweise mit einer Zweitaktmaschine (2T) mit Gleichstromspülung, mit vorauseilenden Auslasszeiten, und wie Fig. 4 schematisch zeigt, mit gleichmässig kühlenden Einlasskanälen E im Zylinderkopf und Drall- Auslasskanälen A mit Sammelspirale am unteren Ende des Zylinders. Es existiert dazu analog wie zu den Figuren 8 bis 12 ein durchkonstruierter Entwurf.
Zum Anspruch 1 :
Das wesentliche Element der 2 : 1-KKM ist die Aufteilung der Aufgabe des Vorverdichtens und des Nachexpandierens auf verschiedene Rotoren in der Weise, dass wie bei einer Gasturbine eines klassischen Compound-Motors eine Expansion bis auf fast dem Druck der Umgebung möglich wird, dieser Wirkungsgradvorteil der Gasturbine also beibehalten wird.
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Dies wird dadurch erzielt, dass die Rotorbreiten im Verhältnis bE zu bC in Fig. 4 und Fig. 10 so stehen, dass dieses Verhältnis gleich oder kleiner dem Verhältnis der spezifischen Volumina v3L zu v2L in Fig. 7 ist, wobei eine Abweichung von diesem Verhältnis nach unten von bis zu 50 % erfolgen kann. Diese Abweichung nach unten berücksichtigt die geringe Arbeitsfläche K (schwarz gekennzeichnet in Fig. 7) bei Annäherung der Expansion auf den Druck der Umgebung und auch den notwendigen Restdruck für die Erzeugung der kinetischen Energie im Auspuff und zur Überwindung der Strömungswiderstände.
Der Anspruch 1 markiert diese verschiedenen Rotorbreiten bC und bE von Kompressor und Expander.
Zum Verständnis der Ansprüche 2 und 3 folgt zunächst eine Begründung der Auswahl für die 2 : 1 Kreiskolbenmachine im Vergleich zu anderen Kolbenmaschinen :
Zum Verständnis von Anspruch 2 :
Es ist klar, dass ein Kolbenaggregat für den Niederdruckteil des Kreisprozesses nach Fig. 7 für gute Wirkungsgrade eine stetige innere Verdichtung aufweisen muss.
Ein Hubkolbenaggregat scheidet angesichts der grossen spezifischen Volumina im Niederdruckteil wegen zu grosser Abmessungen aus. Die Wankel- Reihe ist zwar wesentlich kleiner und leichter als Hubkolbenmaschinen gleicher Leistung und weist nur rotierende Massenkräfte allein auf so wie den Vorteil von stetigem Strömen in den Ansaug- und Auslasskanälen. Anderseits hat aber die Wankel- Reihe als Kompressoranwendung trotz Entfall der Brennraummulde bei übliche Verhältnissen von R/e (=Dichtleistenradius zu Exzenterradius) ein zu geringes Verdichtungsverhältnis, und daher einen unnötig grossen schädlichen Raum. Der übliche 3 : 2-Wankel weist bei R/e = 7 ein Verdichtungsverhältnis ohne Brennraummulde von etwa f = 17 auf, was für den Betrieb als Kompressor ungünstig klein ist.
Bei Vergrösserung von R/e, was eine Abhilfe wäre, wird die Maschine bei gleichbleibendem Kammervolumen undiskutabel gross.
Daher wurde eine 2 : 1-KKM ausgewählt, die bei einem Verhältnis von R/e =5 bereits ein theoretisches Verdichtungsverhältnis von etwa c = 74 aufweist, so dass der schädliche Raum beim Kompressorbetrieb und beim Expanderbetrieb gering ist.
Zur Durchführung einer Konstruktion nach Anspruch 1 sind mindestens zwei Rotoren notwendig. Die Mehrfach-Rotorenausführung von 2 : 1- KKM gilt wegen des kleinen Durchmessers des feststehenden Führungszahnrades, das die Durchführung einer ausreichend dicken Exzenterwelle verhindert, normalerweise als nicht möglich, wenn man die gleichen Baukonzepte mit der wiederholt axial versetzten Rotoreinheit anwenden will, wie bei den relativ zahlreichen ausgeführten 3 : 2Wankelmotoren.
Für den Fall von zwei Rotoreinheiten gibt es die Lösung nach Patentanspruch 2 : Es wurden die
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zwischen den Rotoren 2 : 1-C und 2 : 1-EXP ist dann ein massiver Lagerbock L möglich, in den auch dickere Verbindungsstücke der in Längsrichtung geteilten Exzenterwelle münden können, wie dies Fig. 10 am Beispiel eines durchkonstruierten Motors zeigt.
Vom zentralen Lagerbock aus wird das Drehmoment der 2 : 1 KKM, das immerhin gleich gross sein kann, wie das der HKM, mittels Zahnradtrieb Z auf den gemeinsamen Leistungsausgang P übertragen, sichtbar in den Figuren 5, 9 und 10. Diese Art der Realisierung einer Übertragung grosser Drehmomente aus einer 2 : 1- Kreiskolbenmaschine mit zwei Rotoren heraus ist der Inhalt von Anspruch 2.
Die Verbundmaschine als ideale erfindungsgemässe Anwendung für 2 : 1-Kreiskolbenmaschi- nen :
Die Anwendung der 2 : 1- KKM als Niederdruck- Aggregat in einem Verbundmotor ist thermisch und verschleissmässig gesehen wesentlich problemloser als jede bisher stattgefundene Anwendung eines 3 : 2- Wankeis als Ottomotor. Festigkeitsmässig gesehen ist jedoch das erfindungsgemässe Merkmal von Anspruch 2 notwendig für eine brauchbare Anwendung der 2 : 1- Maschine als Niederdruckmaschine mit zwei Rotoren in einem Verbundmotor : Die Figuren 8 bis 12 zeigen am Beispiel eines 1200 kW Motors eine durchkonstruierte höchste Leistungsdichte des erfindungsge
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mässen Konzeptes.
Die Thermodynamik wurde nach einem Programm, das die stetige Veränderung der thermodynamischen Stoffwerte mit der Temperatur berücksichtigt, für verschiedene Ladedruckverhältnisse p2L/p1 L berechnet. Der Ladedruck p2L = 11 bar der Konstruktion nach den Figuren 8 bis 12 ergab eine Übertritts-Gastemperatur von der HKM zur KKM von etwa 1500 C, das ist etwa 60% der Verbrennungstemperatur eines Ottomotors und es ergab sich auch der Übertrittsdruck von p2L = 11 bar, der zugleich der höchste in der KKM vorkommende Druck ist und fällt damit auch wesentlich geringer aus als der Zünddruck von etwa 50 bar eines Ottomotors. Es sind also trotz Einsatz der Kreiskolbenmaschine in einem Diesel- Gesamtkonzept mit 28 facher Verdichtung keine Wankel-typischen Dichtleistenprobleme zu erwarten.
Die für die Verbrennung ungünstige Form des minimalen Volumens Vmin. jeder KKM der Wankelreihe als deren untersten Ausläufer man auch das Oldham- Konzept auffassen kann, spielt bei dieser Anwendung im Verbundmotor keine Rolle, da die Verbrennung in der Hubkolbenmaschine stattfindet und dort wegen der geringen Teilverdichtung etwas über nur 5 der HKM in sogar in einem besonders günstig geformten kugelähnlichen Brennraum vor sich geht.
Es gibt keinen einstufigen Strömungsmaschinen- Radiallader, der 11 bar Ladedruck erreicht.
Für die Drehzahlregelung kombiniert mit Masseflussregelung müssten bei Turboladern und Gasturbinen alle Leit- und Laufschaufeln von Kompressor und Turbine verstellbar sein, das heisst, es müssen vielstufige Axialmaschinen angewandt werden, da Radialmaschinen besonders bei hohen Druckverhältnissen sehr schlecht regelbar sind, um den gleichen Wirkungsgradbereich zu besitzen, wie ihn die betreffend M, n- Kennlinie die zur HKM passende 2 : 1-KKM- Maschine auf natürliche Art ohne Regelungsmassnahmen aufweisen kann.
Zum Anspruch 3 :
Durch die bei diesem Verbundmotorkonzept HKM + 2 : 1-KKM erziel baren ausserordentlich hohen Ladedrücke steigt das Druckniveau der Hubkolbenmaschine gleichfalls hoch an. Es werden daher die Winkelausschläge der Pleuelstangen hohe Kolbenreibung verursachen. Daher wurde das Kreuzkopfkonzept der Schiffsmaschinen erfindungsgemäss raumsparend in Zylinder und Kolben integriert.
Der Zylinder dient im unteren Teil als Kreuzkopflaufbahn, während der untere Teil des Kolbens 19 in Fig. 11 und Fig. 12 als Kreuzkopf dient. Die restliche Ergänzung 20 auf die Kolbenlänge K in Fig. 11 stellt den Leistungsteil dar und im Falle des gezeichneten 2T- Diesel ist der Leistungsteil der typisch hohe Steuerteil des Kolbens. Dieser Steuerteil besitzt zwei Hohlräume 21, die durch den Stützkegel für den Kolbenboden entstehen. Die Herstellung des Kolbens im Falle des gezeigten Beispieles erfolgt durch eine Kombination von Titanium- und Stahl- Feingussteilen die durch Elektronenstrahlschweissung miteinander verbunden werden.
Die Hohlräume 21 werden durch kleine Verschlussstopfen teilweise mit Natriumpulver gefüllt, das im Betrieb flüssig wird und infolge der hin-und hergehenden Schüttel- Bewegung den internen Wärmetransport im Kolben zu den unteren Kreuzkopfregionen bewirkt. Dieses von der Ventiltechnik her bekannte Konstruktionsmittel ermöglicht eine dünnwandige Leichtbaustruktur des Kolbens.
Der Kreuzkopf wird durch Spritzöl gekühlt und durch aus dem hohlen Pleuel austretendes Öl.
Auswirkung eines 2 : 1-KKM- Aggregates innerhalb einer Verbundmaschine auf die Konstruktion der dazu passenden Hubkolbenmaschine :
Der in dem gezeigten Beispiel einer 1200 kW Zeitakt - Dieselmaschine besitzt nur eine einzige Zylinderröhre mit zwei Kolben im Gegensatz zu den 12 Zylindern mit 48 Ventilen der vergleichbaren 1100 kW- Panzermotoren.
Dies kommt daher, dass die Ladedrücke eines erfindungsgemässen KKM- Aggregates mit rund 11 bar sehr hoch sind, dadurch also die HKM klein wird und ausserdem die KKM etwa die halbe Leistung erzeugt, so dass wenige Zylinder bei der HKM ausreichen, um die andere Hälfte der Leistung zu erbringen. Die Beibehaltung der üblichen Vielzylinderkonzepte wäre teuer und technisch sinnlos wegen der sich ergebenden kleinen Schnapsglasgrösse der Zylinder.
Ausserdem stellt bekanntlich geringe Zylinderzahl für ein gegebenes Gesamt-Hubvolumen eines der Mittel zur Verringerung des Verbrauches dar, wegen der geringeren wärmeabgebenden Oberfläche.
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Anderseits ist hohe Zylinderzahl bei gegebenem Gesamthubvolumen ein bekanntes Mittel zur Senkung des Leistungsgewichtes, wie die Flugmotoren der vierziger Jahre beweisen. Wenn nun hier ein 1200 kW- Motor mit nur zwei äquivalenten Zylindern trotzdem ein niedriges Leistungsgewicht aufweist, dann ist das kein Widerspruch zur bekannten Ähnlichkeitsmechanik, da diese nur innerhalb einer Kategorie ähnlicher Motoren gilt und nicht zwischen unähnlichen verschiedenen Motorkonzepten.
Figurenübersicht
Fig. 1 zeigt schematisch den historisch besetzten Begriff "Verbundmotor" oder "Com- pound- Motor" als über Schaltgetriebe SG erfolgende Kombination Hubkolbenmo- tor HKM und Gasturbine GT.
Fig. 2 zeigt das dazugehörige schematische pv- Diagramm zum Verständnis des kombi- nierten Kreisprozesses.
Fig. 3 zeigt schematisch das Verhalten von Drehmoment über der Drehzahl eines Ver- gleichs- Saugmotors SM, einer Kombination von HKM und GT und schliesslich einer
Kombination von HKM und erfindungsgemässer 2 : 1- Kreiskolbenmaschine, kurz mit HKM + 2 : 1-KKM bezeichnet.
Fig. 4 symbolisiert die Kombinationsmöglichkeit der erfindungsgemässen 2 : 1- KKM mit einer beliebigen Hubkolbenmaschine, vorzugsweise jedoch mit einem 2T-Motor mit
Gleichstromspülung von E nach A und mit dem Erfindungsmerkmal, dass die Breite des Nachexpander-Rotors bE grösser ist als die Breite bC des Vorkompressor-
Rotors.
Fig. 5 zeigt eine schematische Phantom- Perspektive des in den weiteren Figuren 8,9,
10,11, 12, gezeigten durchkonstruierten Motors für 1200 kW Gesamtleistung. Her- vorgehoben sind die erfindungsgemässen Verschiedenheiten der Breiten bE und bC von Kompressorrotor 2 : 1-C und Expanderrotor 2 : 1-E, die in der Kreiskolbenma- schine KKM auf einer gemeinsamen Exzenterwelle EXZ sitzen und über Zahnräder
Z mit den beiden Kurbelwellen KW1 und KW2 einer Zweitakt-Gegenkolben- maschine nach Konzept Junkers verbunden sind. Sichtbar sind der Auslasskolben
AK und der Leistungsabtrieb P.
Fig. 6 zeigt schematisch die Regelung und einen möglichen typischen Weg von Luft und
Verbrennungsgas innerhalb einer erfindungsgemässen Maschine, hier am Beispiel der Kombination mit einem Gegenkolbenmotor. Der Weg der Luft beginnt mit dem
Luftfilter F den Rückschlagventilen VE1 und VE2 vor und nach dem Kompressorro- tor 2 : 1-C, führt dann zum Motor mit den Einlassschlitzen E und den Auslassschlitzen
A, die zeitlich gestaffelt durch die Einlasskolben EK und Auslasskolben AK gesteuert werden und eine Gleichstromspülung dadurch bewirken, dass die Kurbelwellen
KW1 und KW2 unter geringem Verzicht auf einen perfekten Massenausgleich 1. und 2.
Ordnung von der spiegelbildlichen Anordnung mit Stellung in den oberen
Totpunkten im Sinne der eingetragenen Drehrichtungen um +Aa für den zeitlich voreilenden Auslasskolben AK und um-Aa für den nacheilenden Einlasskolben EK abweichen. Ein deutlich sichtbarer Überströmkanal mit dem mittels Membran ge- steuerten Regelventil VE3 regelt den Lufmassefluss vom Kompressor zum Motor während der Kraftstoffmassefluss in bekannter Weise durch die in Fig. 10 sichtbare
Pumpdüse EP für 1800 b Einspritzdruck geregelt wird. Ein drehbares Drosselventil
VE4, auch in Fig. 8 sichtbar, dient beim Startvorgang der Auffüllung des Leitungs- volumens der Verbindungsleitungen zwischen Kreiskolbenmaschine und Hubkol- benmaschine mit Druckluft.
Zum gleichen Zweck kann auch das Ventil VE5 beim
Startvorgang herangezogen werden, das aus einem Druckspeicher Druckluft in die
Verbindungskanäle zur Unterstützung des Startvorganges einfliessen lässt. Die Ab- gase gehen nach dem 2 : 1- Expander in den Auspuff und in diverse Schalldämpfer.
Fig. 7 zeigt das idealisierte pv- Diagramm eines erfindungsgemässen Verbundmotors, das mit Berücksichtigung der stetigen Temperaturabhängigkeit der thermodynamischen
Stoffwerte in eine genauere Berechnung des theoretischen Wirkungsgrades q
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theor. umgesetzt wurde, wobei in erster Linie der Ladedruck p2L von 5 bar bis 18 bar variiert wurde. Die gewählten konstanten Vorgaben für den in den Figuren 8 bis 12 gezeigten durchkonstruierten Motor waren : Relativer Luftüberschuss À = 1, 5, Zündhöchstdruck p3 = 155 bar, effektive Gesamterdichtung mit Berücksichtigung der Schlitzhöhen der HKM Seff = 28 = v1 L/v2 und der Zustand im Punkt 1 L am Beginn der Verdichtung.
Dabei ergab sich eine schwache, annähernd linear verlaufende Wirkungsgradzunahme in Richtung höherer Ladedrücke, die bei einem idealen Gas mit konstanten Werten für cp, cv und kappa auf Grund der Hyperbeleigenschaften von Isentropen und Isothermen konstant verlaufen würde. Bei etwa 12 bar Ladedruck durch den Kreiskolbenkompressor teilt sich die Nutzleistung zu etwa gleichen Teilen auf die Kreiskolbenmaschine und auf die Hochdruck-Hubkolbenmaschine auf.
Das ideale pv- Diagramm eines vergleichbaren Saugmotors mit gleicher Gesamtverdichtung und gleichem Zündhöchstdruck zeigen die Zustandspunkte 1 L, 2L, 2, 3,3', 4 und 4S. Im Vergleich zu diesem Saugmotor geht beim Verbundmotor die Drosselfläche DV verloren.
Dafür gewinnt man 1. ) die Fläche der vollständigen Expansion von 4S weiter auf fast den Umgebungsdruck p1L, und 2. ) eine Rückgewinnungsfläche RG als Folge der Drosselung DR, so dass der Wirkungsgradvergleich mit Einbeziehung von Gütegrad r) G für Strömungs- und Wärmeverluste und mit Einbeziehung des mechanischen Wirkungsgrades #M so aussieht: Vergleichs-Saugmotor : Titheor = 0, 71- berechnet mit T- veränderlichen Stoffwerten, T) G = 0, 856- Annahme, ils = 0, 95- Annahme Erfindungsgemässer Verbundmotor : Titheor = 0, 79 berechnet mit T- veränderlichen Stoffwerten,
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geringen Vergleichs- Zylinderzahl von 2 des Einröhren- Gegenkolbenmotors.
Für 1200 kW vergleichbare Panzermotoren haben 12 Zylinder mit viel Kolbenreibfläche und viel Wärme abgebender Fläche und 48 Verlust erzeugende Ventile, deren Strömungs- Machzahlen Drehzahlerhöhungen vorzeitig begrenzen.
Ferner kann man bei einem erfindungsgemässen Verbundmotor mit Ausführung nach Figuren 8 bis 12, ausgestattet mit Gleichstromspülung, rotationssymmetrischen Einlassschlitzen und Auslassschlitzen mit Drallkanälen, Verteil- und Sammel- spiralen im Gegensatz zu herkömmlichen Motoren von einer sehr guten aerodynamischen Führung sprechen.
Bei einer mittleren Kolbengeschwindigkeit von 23 m/s beträgt die Einlassmachzahl 0, 93 und die Umfangsgeschwindigkeit des annähernden Festkörperwirbels im Zylinder beim Ladungswechsel 20m/s, was mittels kunstvollen Dralleinlasskanälen für Ventile noch nie erreicht wurde.
Der hohe mechanische Wirkungsgrad nom in der Grösse der Werte für SchiffsGrösstmotoren erklärt sich durch das Vorhandensein von Kreuzköpfen in beiden Vergleichsmotoren.
Mit der Annahme eines Ausbrenngrades von "1" ergeben sich folgenden Gesamtwirkungsgrade : Vergleichs-Saugmotor : Tiges = 0,6 Erfindungsgemässer Verbundmotor : Tiges = 0, 67, was einem spezifischen Verbrauch von 125 gr/kWh entspricht und die höchste Erwartung darstellt.
Zum Vergleich der Leistungsgewichte : Der Vergleichs-Saugmotor ist wegen der grossen Verdichtung im gleichen Zylinder und wegen des grossen Hub/Bohrung - Verhältnisses zur Vermeidung einer
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ungünstig scheibenförmiger Brennraumform bei hoher Verdichtung ein grosser, schwerer Langsamläufer, während der Verbundmotor aus zwei schnell laufenden
Aggregaten mit kleinen Abmessungen besteht, also nicht nur sparsamer sondern auch kleiner und leichter ist.
Fig. 8 zeigt ebenso wie die Figuren 9 bis 12 den für 1200 kW durchkonstruierten Vorent- wurf eines erfindungsgemässen Kreiskolben-Aggragestes kombiniert mit einem Ge- genkolbenmotor. Fig. 8 stellt den in Fig. 10 definierten Schnitt S1-S1 dar. Zu dieser
Figur passende Aussagen wurden bereits unter Fig. 6 und Fig. 7 gemacht.
Der Zylinderdurchmesser beträgt 90 mm.
Der Winkelversatz von Kompressorkolben 2 : 1-C und Expanderkolben 2 : 1-EXP be- trägt 45 in Abstimmung mit dem Versatz der Kurbeln des Hubkolbenmotors von gleichfalls 450, was gemäss den kinematischen Gesetzen für 2 : 1- Maschinen einen
Versatz der Exzenterzapfen von 900 ergibt.
In Figur 10 sind jedoch die Exzenterzapfen zur besseren Sichtbarmachung der
Struktur der geteilten Exzenterwelle EXZ um 1800 versetzt gezeichnet, wodurch auch die Ausgleichsgewichte an den äusseren Enden in die Zeichenebene fallen, die in Wirklichkeit räumlich versetzt sind.
Fig. 9 zeigt den in Fig. 8 markierten Schnitt S3-S3 durch den Gegenkolbenmotor HKM des 1200 kW- Beispiels wobei in diesem Fall die Leistungsaufteilung zwischen
HKM und KKM bei 11 bar Ladedruck zufällig gleich ist, das heisst je 600 kW aus- macht. Die Kurbelwellen KW1 und kW2 sind mit ihren Hauptlagerzapfen zur Erhö- hung der Biegefestigkeit bei hohen Drehzahlen beidseitig vom Pleuel je zweifach gelagert. Der Leistungsabtrieb liegt bei P. Freie Wellenenden werden zum Antrieb der gleichfalls durchkonstruierten Hilfsmaschinen herangezogen, der Kühlwasser- pumpe 10, des Generators 11 und der Treibstoffzubringerpumpe 12, der Hoch- druckölpumpe 14 und der Absaugölpumpe 15, die über eine Getriebe 13 angetrie- ben werden.
Der für hohe Startermomente aufkommende Starter steht über ein
Getriebe 17 und Freilauf 16 in Verbindung mit der Kurbelwelle KW1 Fig. 10 zeigt den in Fig. 8 markierten Schnitt S2-S2, der den Längsschnitt durch die Kreis- kolbenmaschine 2 : 1-KKM beinhaltet so wie den Querschnitt durch die Hubkolben- maschine HKM mit Eispritz-Pumpdüse EP und das Zahnradgetriebe Z, welches die beiden Kurbelwellen und die Exzenterwelle Exz verbindet.
Man erkennt die nach aussen gedrehten Führungsverzahnungen FZ der der beiden
Kreiskolbenrotoren, damit im Zentrum ein genügend starrer Lagerbock L mit relativ dicken Einmündungen der beiden Teile der aus Montagegründen geteilten Exzen- terwelle Exz möglich wird.
Man erkennt auch die dem grösseren spezifischen Volumen der heissen Motorabga- se entsprechend grössere Breite bE des Expanderrotors 2 : 1-EXP im Vergleich zu geringen Breite bC des Kompressorrotors 2 : 1-C. Man beachte auch/dass die durch den kleinen Teilkreis des im Gehäuse feststehenden Führungszahnrades der 2 : 1-
Maschinen dünn ausfallenden Endzapfen der Exzenterwelle zur Erhöhung der
Starrheit zweifach gelagert sind, wodurch am Übergang zum jeweiligen Exzenter- zapfen eher eine Starrheit fördernde Schubspannung und wenig Biegespannung auftritt.
Nur auf diese im Anspruch 2 festgelegte erfindungsgemässe Art ist es möglich, aus einer Zweirotoren-2 : 1-KKM ein hohes Drehmoment heraus zu übertragen.
Figuren 11 und 12 zeigen die in Beschreibung und Anspruch 3 ausführlich festgelegte Idee den unte- ren Teil 19 der Kolbenlänge K in einen Kreuzkopf zu verwandeln, der über Druck- ölkanäle 29 und Schmiertaschen 23 und über die Öldichtringe 22,24 und 27 ver- fügt und dessen Ölschwemme durch die Entlastungsnut 25 und durch den Ölab- streifer 26 und 27 vom Leistungs- und Steuerteil 20 des Kolbens weitgehend fern- gehalten wird, wobei die Höhe des Teiles 20 bei einem 4-Takt-Kolben im Gegen- satz zum gezeichneten 2-Takt-Kolben geringer ausfallen wird.
Die Hohlräume 21 werden in Anlehnung an die von Ventilen her bekannte Kühltechnik durch in der
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Zeichnung nicht sichtbare kleine Verschlussstopfen teilweise mit Natrium gefüllt, das im Betrieb flüssig wird und durch die Schüttelbewegung des Kolbens Wärme vom Kolbenboden weg in den Bereich des Kreuzkopfes transportiert, der wiederum durch Öl, das aus dem hohlen Pleuel austritt, gekühlt wird. Ölabflussschlitze 31 stel- len den Ölabfluss aus der Entlastungsnut 25 sicher, während der Hohlraum 32 mit unter Überdruck stehendem Kühlwasser erfüllt ist, das durch die hohlen Stege - sichtbar im Zylinderschnitt der Fig. 10 - in den Mantel um den Zylindermittelteil gelangt. Insgesamt ergibt sich ein von gewohnten Proportionen stark abweichender
Kolben.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Verbundmotor bestehend aus einer Hubkolbenmaschine, in welcher der Hochdruck- Hoch- temperaturteil des thermodynamischen Kreislaufes stattfindet und einer aus zwei Gehäu- seeinheiten mit je einem Rotor bestehenden Kreiskolbenmaschine für den Niederdruckteil des Kreisprozesses, wobei eine Einheit als Ladekompressor für die Hubkolbenmaschine dient und die zweite als Expander für die Nachexpansion des aus der Hubkolbenmaschine austretenden Gases und beide Rotoren der Kreiskolbeneinheiten auf einer gemeinsamen
Welle angeordnet sind und diese gemeinsame Exzenterwelle über ein Getriebe mit der
Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine verbunden ist, so dass auch die Kreiskolbenmaschine einen wesentlichen Teil der gesamten Nutzleistung erzeugt, dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei dem dem Kreiskolbenaggregat um das bekannte System Oldham/Franchot handelt, das ein Grössenverhältnis von bewegtem Polkreis zu festem Polkreis von 2 : 1 (Fig. 4,5, 6,8, 10) aufweist und bei welchem der Expander (2 : 1-EXP) den gleichen Quer- schnitt von Rotorkolben und Trochoidengehäuse aufweist, wie der Kompressor (2 : 1-C), jedoch die Breiten dieser Rotorkolben von Kompressor (bC) und Expander (bE) unter- schiedlich sind und zwar derart, dass sich das grössere Mass (bE) zum kleineren Mass (bC) maximal so verhält, wie sich die spezifischen Gasvolumina (v3L) zu (v2L) verhalten, mit einer maximalen Verhältnis von (bE)/ (bC) =3, 5 und einem minimalen Verhältnis von (bE)/ (bC) =1, 3.