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Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, ausgeführt als kurbelloser Rotationsmotor mit einem einfachen, materialsparenden Aufbau, klarer Wirkungsweise und vielfältige Einsatzmöglichkeiten für einen neuen Ansatz zur allgemeinen Verwendung und Nutzung von kurbellosen Motoren.
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Dieser kurbellose Rotationsmotor ist in erfindungsgemäßen Aufbau und Wirkungsweise eine Alternative dessen, was bei anderen Erfindungen als Dreh-, Rotations- oder Kreiskolbenmotor versucht und beschrieben wurde.
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Diese Maschine kann erfindungsgemäß Grundlage und Beginn der Abkehr von über 150 Jahren Hubkolben- und Kurbelprinzip bei Verbrennungskraftmaschinen sein.
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Trotz wachsender Anwendung und großer Zukunft von E-Mobilität ist dem Verbrennungsmotor auch für die nächsten Jahrzehnte die Existenz gesichert. Insbesondere bei der Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff ist für den Verbrennungsmotor zukünftig großes Potential in der Anwendung vorhersehbar. Das Gleiche gilt für jegliche alternative Brennstoffe wie z.B. Bioethanol.
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Gleichwohl werden die technischen Erfordernisse und Bestrebungen dahin gehen, die Effizienz von Verbrennungskraftmaschinen zu verbessern.
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Eine gewisse Blockade der Effizienzsteigerung ist bei herkömmlichen Hubkolbenmotoren schon immer die notwendige Umwandlung der linearen Kolbenbewegungen in gewünschte Drehbewegungen gewesen. Einhergehend mit dem dafür notwendigen Aufwand an Material z.B. für Pleuel, Ventilsteuerungen etc. und der verminderten Leistungsausbeute ist von jeher ein kurbelloser Rotations- oder Drehkolbenmotor ein Lösungsweg. Jedoch scheiterten die Ansätze in der Vergangenheit an viel zu kompliziertem Aufbau oder mangelnden Wirkungsgrad.
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Die
DE 20 2008 012 952 U 1 beschreibt eine Lösung, bei der zwei unterschiedliche, parallel und gleichlaufende Rotoren „Scheiben“ zum Einsatz kommen. Die sogenannte Verdichterscheibe ist für die Takte „Ansaugen“ und „Verdichten“ zuständig, während die sogenannte „Brennkammerscheibe“ für die Takte „Verbrennung“ und „Ausstoßen“ zuständig ist. Dieser erfinderische Lösungsansatz findet sich mehrfach.
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Als anfällig erscheint eine solche Konstruktion mit einem „versenkbaren Mitnehmer“ der gegen eine „Trennwand“ läuft. Überhaupt ist die Verwendung von Ringzylindern zur Verdichtung von Gasgemischen unter Verwendung vielfältiger beweglicher Teile, welche „durch Zapfen und Nuten geführt“ werden, nicht nur aus Sicht einer qualifizierten Dichtung fraglich.
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Bei der technische Lösung gemäß der
DE 10 2004 020 042 A 1 ist es notwendig durch einen externen Kompressor vorverdichtetes Frischgas in die Verbrennungsräume einzuführen. Diese Konstruktion führt nachteiliger Weise keinen „Verdichter-Takt“ aus.
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Obendrein ist wohl die Hälfte des Volumens der hier dargestellten „Brennkammern“ feststehend bzw. unbeweglich im Stator „verloren“ und kann nicht zur Ableistung mechanischer Arbeit genutzt werden.
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Außerdem läuft hier Beschreibungsgemäß der Verbrennungszyklus nur bei jeder zweiten Brennkammer ab. Bei 6 Brennkammern würden also pro Umdrehung nur 3 Verbrennungsvorgänge und dafür auch 3 Abgasausstoßvorgänge stattfinden. Also es würde pro Umdrehung nur dreimal nutzbare Arbeit stattfinden.
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Nachteilig bei der technischen Lösung gemäß der
DE 44 27 105 C 1 ist die erforderliche Vielzahl mannigfaltiger Einzelteile Doppel-Ringläufer, bezahnte Treibwelle, Diagonal-Segmente, Flügelplatten, Führungsstifte usw. welche eine aufwändige, anfällige bzw. verbesserungswürdige Konstruktion erkennen lässt.
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In
WO 2005/054644 A 2 wird eine Lösung beschrieben, welche durch die Gliederung in einen Kompressions- und einen Antriebsteil sowie besonders durch den konstruktiven Aufbau dahingehend gekennzeichnet ist, dass in einer zentralen „Brennkammer“, in einem statischen Element Rotor befindlich, den darum herum angeordneten Rotoren expandierende Verbrennungsgase zugeführt und damit die Rotoren in rotierende Bewegung versetzt werden.
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Diese Lösung erfordert das Vorhandensein einer feststehenden Brennkammer, in der ein kontinuierlicher Verbrennungsvorgang stattfindet, wie überhaupt auch die gesamte konstruktive Anordnung von Antriebskammern und Verdichterkammern bzw. Rotoren.
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Ein Motor gemäß
DE 10 2005 038 531 A 1 ist vom Lösungsansatz der Ideen der „Wankel-Familie“ zuzuordnen. Diesem Prinzip sind ja vielerlei Erfindungen gewidmet, Kennzeichnend für den hier beschriebenen Motor ist das er nur einen nutzbaren Arbeitstakt pro Umdrehung leistet.
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Auch ist bei der hiesigen Betrachtung die Ausnutzung der Verbrennungsenergie zur Umwandlung in eine radiale mechanische Bewegung zu hinterfragen. Der Wirkungsgrad erscheint, verbunden mit auch hier nicht optimaler Brennraumform und u.U. längerem Verbrennungsweg, als nicht sehr hoch.
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Die in der
CN 1546853 beschriebene Lösung_ist durch Teilevielfalt, anfällige und aufwändige Steuerung, durch „Klappen“ und Ventile, sowie besonders bemerkenswert durch das gleichzeitige Zünden eines Verbrennungsmediums in allen vorhandenen Verbrennungsräumen gekennzeichnet. Einen radialen Versatz der Verbrennungsräume, um eine Abfolge von Verbrennungsvorgängen zur besseren energetischen Ausnutzung zu erreichen, würde zu Unwucht des rotierenden Teiles führen. Als besonders nachteilig muss die Erledigung der einzelnen Takte ausschließlich mithilfe einer „Klappensteuerung“ gesehen werden.
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In der
US 1 287 277A beschreibt eine Lösung, bei welcher die Brennkammerscheibe gleichzeitig als Nockenscheibe mittels einer Nockenfläche und deren Steigung zum Antrieb des Verdichterkolbens dient. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass die seitlichen mechanischen Einwirkungen der Brennkammerscheibe auf den Verdichterkolben selbst bei geringer Steigung der Nockenfläche erheblich sind. Gleichzeitig sind die starken Einwirkungen des Explosionsvorganges zu beachten, welche den Verdichterkolben entgegengesetzt, aber ebenfalls seitlich mit großer Wirkung treffen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bestehende Mängel oder Fehler des bekannten Standes der Technik zu beheben bzw. zu verbessern und eine Alternative zu bekannten Dreh-, Rotations- oder Kreiskolbenmotoren vorzuschlagen.
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Erfindungsgemäß befindet sich in einem Motorengehäuseblock, auf einer Welle rotierend gelagert, ein zylindrischer, scheibenförmiger Rotor, im Folgenden Brennkammerscheibe genannt.
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Die beim heutigen Stand der Technik viel beschriebenen und versuchten „Drehkolben“, „Radialkolben“, „Kreiskolben“ oder „Rotationskolben“ für gleichlautende Verbrennungskraftmaschinen werden dem hier beschriebenen nicht gerecht, handelt es sich doch hierbei nicht um einen „Kolben“ sondern um einen rotierenden Zylinder, gleich einem Rotor bzw. einem Laufrad.
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In das Innere der Brennkammerscheibe sind drei Brenn- bzw. Expansionskammern eingearbeitet. Die Brennkammern haben EinfüllÖffnungen zur Seite des Gehäuseblocks.
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Auf dem Gehäuseblock sitzen seitlich, im rechten Winkel zur Brennkammerscheibe, fünf Verdichterzylinder, welche jeweils einen Verdichterkolben beinhalten.
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Der Verdichterzylinder wird mit einem zu verdichtenden Verbrennungsmedium, hier vorzugsweise ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, beschickt.
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Parallel zur Brennkammerscheibe außerhalb des Rotorengehäuse läuft bzw. rotiert auf gleicher Welle wie die Brennkammerscheibe eine Nockenplatte mit drei keilförmigen Nocken.
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Die Nocken befinden sich auf gleicher Höhe der Brennkammern der Brennkammerscheibe und rotieren/drehen sich mit diesen gleichzeitig.
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Die Nocken betätigen über Stangen/Stößel die Verdichterkolben. Die Stößel verfügen über Rückholfedern.
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Gleichwohl können Verdichtungszylinder und Nockenscheibe auch in einem gemeinsamen kompakten Gehäuseblock untergebracht werden, unbeschadet dessen, dass die Brennkammerscheibe natürlich ihren eigenen Raum zum Laufen verwendet.
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Gleichzeitig ergeben Brennkammerscheibe und Nockenscheibe mit ihrem konstant kreisförmigen Lauf ideale Schwungmassen für ruhigen gleichförmigen Lauf der Maschine bei geringsten Leistungsverlust.
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Die konkrete, strömungsgünstige Ausformung der Verbrennungskammern wird hier nicht näher betrachtet.
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Der erfindungsgemäße kurbelloser Rotationsmotor soll anhand der nachfolgend aufgeführten 1 bis 20 näher erläutert werden.
- 1 zeigt eine zweidimensionale schematische Darstellung der Brennkammerscheibe im Gehäuse in Schnittdarstellung. Für bessere Übersicht wurde die Darstellung aller unwesentlichen Elemente weggelassen.
- 2 zeigt eine zweidimensionale schematische Darstellung der Brennkammerscheibe im Gehäuse sowie der zugehörigen Verdichterzylinder, Verdichterkolben und seitlicher Nockenscheibe. Für bessere Übersicht wird nur jeweils eine Brennkammer, Verdichtungszylinder, Verdichterkolben, Stößel und Keil-Nocke von insgesamt jeweils fünf dargestellt. Unwesentliche, die Verständlichkeit beeinträchtigende Elemente sind weggelassen.
- Die 3 bis 7 begleiten die Erläuterungen der Funktion des Motors an einem einzelnen Verdichterzylinder 13 und Verbrennungskammer 6 anhand Draufsicht, zweidimensional, Schnittdarstellung
- In den 8 bis 19 werden die Vorgänge „Verbrennen“ und „Ausstoßen“ anhand einer Drittel Umdrehung des Rotors aus seitlicher Schnitt-Perspektive zweidimensional dargestellt.
- 20 zeigt die Zündfolge des erfindungsgemäßen Motors.
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In den erfindungsgemäßen Motor wird ein Verbrennungsmedium 22, z.B. Kraftstoff-Luft-Gemisch, in den Verdichterzylinder 13 eingebracht, in diesem mittels linearer Bewegungen der Verdichterkolben 17 verdichtet und zum Zeitpunkt der größten möglichen Dichte beim Erreichen des äußersten Totpunktes der Verdichterkolben durch ein Zündmedium z.B. Zündkerze zur explosiven Verbrennung gebracht.
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Im Unterschied zu klassischen Hubkolbenmotoren wird jedoch mit der Expansion der Verbrennungsgase nicht der ehemals verdichtende Kolben in lineare rückwärtige Bewegung, dem typischen Verbrennungs- bzw. Arbeitshub versetzt.
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Der hier beschriebene Verdichterkolben 17 wird zum Zeitpunkt der Zündung jedoch durch die Keil-Nocke in seiner Stellung festgesetzt. Deshalb wird die Ausdehnung der Verbrennungsgase zum Übertritt aus dem Bereich des Verdichterzylinders 13 in die sich in der Brennkammerscheibe 2 befindliche Brennkammer 6 gezwungen.
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Zum Zeitpunkt der Zündung befindet sich die Öffnung der Brennkammer 6 direkt am Verdichterzylinder 13 und gibt den Weg frei für den Übertritt der expandierenden Gase aus dem Verdichterzylinder 13 in die Brennkammer 6 hinein.
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Die durch die Explosion/Verbrennung des Kraftstoffes entstehende Energie wirkt expansiv in die Brennkammer 6 in Drehrichtung der Brennkammerscheibe 2 hinein, „schießt“ also regelrecht in die Brennkammer 6 und erzeugt eine nutzbare radiale Drehbewegung. Das Prinzip entspricht dem eines Schaufelrades und ist zu vergleichen mit der Wirkungsweise einer Pelton-Turbine.
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3 Durch die Drehbewegung der Nockenscheibe 11 bewegt sich die hier „Erste“ genannte, mit dem Kleinbuchstaben „a“ gekennzeichnete, einzelne, keilförmige Nocke 12 in Drehrichtung weiter. Die Nocke 12 bewegt sich gleichlaufend mit der Brennkammer 6 der Brennkammerscheibe 2 hier ebenfalls „Erste“ genannt und mit „I“ gekennzeichnet.
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Dabei gibt die Nocke 12 in ihrer Laufrichtung 19 hinter sich Raum frei 25 so dass der Stößel 16, welcher über eine Rückholfeder 15 in Form einer Spiraldruckfeder verfügt freigegeben wird. Zu diesem Zeitpunkt ist der Stößel 16 mitsamt dem daran befindlichen Verdichterkolben 17 in der Lage des maximalen inneren Totpunktes ausgefahren, die Feder 15 in Stellung ihrer maximalen Stauchung befindlich.
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4 Die durch das Weiterlaufen der Nocke 12 in Laufrichtung 19 erfolgte Freigabe des Stößels 16 ermöglicht der darauf in größter Stauchung befindlichen Spiraldruckfeder 15 sich wieder auszudehnen und in linearer Bewegung ihre Ausgangsform der größtmöglichen Dehnung anzunehmen. Dabei wird der an der Feder 15 befindliche Stößel 16 und mithin der an dem Stößel befindliche Verdichterkolben 17 im Verdichterzylinder 13 linear in Richtung 14 des und zum maximal äußeren Totpunkt bewegt.
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Der dabei im Innenraum 18 des Verdichterzylinders 13 entstehende Unterdruck wird nach klassischen Hubkolbenprinzip zum Ansaugen eines Verbrennungsmediums 22, z.B. Kraftstoff-Luft-Gemisch verwendet. Die Zuführung 21 des Verbrennungsmediums erfolgt durch ein Schließelement rückflussfrei.
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5 Durch die Drehbewegung der Nockenscheibe 11 in Laufrichtung 19 der Nocken wird die Nächste, hier als „Zweite“ und mit dem Buchstaben „klein b“ bezeichnete Nocke 12 heran und weiter geführt. Dabei drückt die Nocke aufgrund ihrer ansteigenden Keilform den Stößel 16 linear 26 in den Verdichterzylinder 13 hinein. Dabei wird in gleicher Richtung 26 der Verdichterkolben 17 im Verdichterzylinder zu seinem maximalen inneren Totpunkt bewegt. Bei diesem klassischen Vorgang des Verdichtungshubs wird das zuvor eingeströmte bzw. eingesaugte Verbrennungsmedium z.B. Kraftstoff-Luft-Gemisch verdichtet.
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6 Gleichlaufend mit der zweiten Nocke 12, hier mit Buchstabe „klein b“ bezeichnet, ist auch die zweite Brennkammer 6, hier mit „II“ gekennzeichnet zum Zeitpunkt des Erreichens des maximalen Totpunktes des Verdichterkolben 17 bzw. größter Verdichtung des Verbrennungsmediums am Verdichterzylinder 13 angelangt. Die Brennkammer 6 verfügt über eine Öffnung ausschließlich zum Verdichterzylinder 13 hin. Diese Öffnung stimmt jetzt mit der Öffnung 8 des Verdichterzylinders 13 überein.
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Das ist der Moment in dem in dieser übereinstimmenden, verbundenen Räumlichkeit von Brennkammer und Verdichtungsraum das komprimierte Verbrennungsmedium durch eine adäquate Zündquelle 9 z.B. Zündkerze zur Verbrennung bzw. Explosion gebracht wird.
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Die expandierenden Verbrennungsgase treiben die Brennkammer 6 des Rotors Brennkammerscheibe 2 in Laufrichtung 20 bzw. Drehrichtung der auf zentraler Welle 3 sitzenden Brennkammerscheibe 2. Da der Verdichterkolben 17 über den Stößel 16 zu diesem Moment durch die Nocke 12 blockiert ist bestehen für die Verbrennungsgase keinerlei andere Möglichkeiten der Ausdehnung als in die jeweilige Brennkammer 6 der Brennkammerscheibe 2 in konstruktiv gewünschter Richtung.
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So wie bei Hubkolbenmotor der Kolben durch den Verbrennungsprozess fortgetrieben wird, ist in diesem Fall die rotierend bewegliche Brennkammer 6 bzw. die Brennkammerscheibe 2 in dem sich die Brennkammer 6 befindet das Bauteil was angetrieben wird. Nur das hier keinerlei Leistungsreduzierende, materialaufwändige und störanfällige Kurbeltriebe vorhanden sind.
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Die hier seitlich am Verdichterzylinder 13 dargestellte Zündkerze 9 kann konstruktiv auch im Stößel 16 und im Verdichterkolben 17 platziert werden um Zündung und Verbrennungsvorgang zu optimieren.
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7 Inzwischen wiederholt sich der in 3 beschriebene Ansaughub durch Freigabe und Zurückschnellen des Stößels 16 bzw. Verdichterkolbens 17 durch die hier als „Zweite“ bezeichnete und mit Buchstabe „klein b“ gekennzeichnete Nocke 12. Auf eine extra Darstellung dieses Vorganges wird verzichtet, nur Hinweis auf 3.
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Nun erreicht die als „Zweite“ beschriebene und mit römisch II gekennzeichnete Brennkammer 6 nach erfolgtem „Arbeitshub“ in Form einer kreisbogenförmigen Weiterbewegung der Brennkammerscheibe Rotor 2 die Abgasöffnung 5. Aus dieser Abgasöffnung 5 können die Verbrennungsabgase 23 aufgrund des ihnen noch innewohnenden Restdruckes entweichen.
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Unabhängig von einer entsprechend strömungsgünstigen Ausgestaltung der Brennkammer 6 besteht auch Möglichkeit diesen Vorgang durch eine Zwangsspülung und gleichzeitiger Kühlung der Brennkammer 6 mit Spülluft zu gestalten bzw. zu optimieren.
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Die Kompaktheit der Brennkammerscheibe 2 und das Volumen dessen Innenraumes erlaubt auch eine Unterbringung einer Spülluftpumpe und entsprechende Führung der Spülluft im Inneren der Brennkammerscheibe 2. Auch kann aufgrund der Dreh-Bewegung der Brennkammerscheibe 2 ein Antrieb einer Spülluftpumpe erfolgen.
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Das Gleiche gilt für eine Kühlmittelpumpe in der Brennkammerscheibe 2 selbst, zumal die Brennkammern 6 über entsprechend gestaltete Kanäle für ein Kühlmedium verfügen müssen. Die Kompaktheit des Motors ermöglicht die zu dessen Betrieb erforderlichen Aggregate konstruktiv platzsparend in diese Kompaktheit hinein zu konzentrieren. Dem konstruktiv sehr einfachen Aufbau des Motors tut dies keinen Abbruch.
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Die anhand der 3 bis 7 dargestellten Vorgänge „Ansaugen“, „Verdichten“, „Verbrennen“ und „Ausstoßen“ werden hier zur besseren Übersichtlichkeit mit jeweils einem Verdichterzylinder 13, einer Nocke 12 und einer Brennkammer 6 gezeigt. Bei drei Brennkammern 6 in der Brennkammerscheibe 2 erfolgen die obigen vier Takte je Verdichterzylinder 13 und je einer Umdrehung der Brennkammerscheibe jeweils drei Mal. Das heißt, dass bei fünf Verdichterzylindern 13 und drei Brennkammern 6 je einer Umdrehung der Brennkammerscheibe 2 bzw. der Welle 3 diese vier beschriebenen Takte insgesamt fünfzehnmal Mal erfolgen. Bei einer Umdrehung der Brennkammerscheibe 2 wird also fünfzehn Mal Arbeit verrichtet was also 15 Arbeitshüben eines Hubkolbenmotors entsprechen würde. Ein klassischer Viertaktmotor benötigt dafür dreißig Umdrehungen.
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Auf die Darstellung einer kompletten Umdrehung der Brennkammerscheibe 2 und damit aller fünfzehn Verbrennungs- und Ausstoßvorgänge also insgesamt 30 Vorgänge je einer Umdrehung des Rotors wird hier zu besserer Übersicht verzichtet.
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8 Die Abbildung zeigt die Brennkammerscheibe 2 im Motorenblock 1 und die darin befindlichen drei Brennkammern 6, hier und auf den nachfolgenden Abbildungen mit Ziffern römisch I, II und III gekennzeichnet. Mit den durch die Großbuchstaben A, B, C, D und E gekennzeichneten Punkten werden die fünf Verdichterzylinder 13 symbolisiert. Des Weiteren sind die fünf Abgas-Auslässe 5 mit weißen Punkten gekennzeichnet sowie die Drehrichtung 10 der Brennkammerscheibe 2 die auf der Welle 3 dreht.
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In dieser Figur wird die Teilumdrehung beginnend dargestellt mit der ersten Zündung in der Brennkammer I römisch Eins.
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9 Infolge der Drehbewegung des Rotors erfolgt die Entleerung der Abgase aus Brennkammer römisch Zwei die als nächste diesen Takt erreicht.
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10 In fortlaufender Drehung erreicht Brennkammer römisch Zwei als Nächste einen Verdichterzylinder und es erfolgt in diese die zweite Zündung innerhalb einer Umdrehung des Rotors.
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11 Als Nächstes erreicht Brennkammer III die Abgasöffnung zur Entleerung von Brenngasen.
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12 Nun wird in Brennkammer III die dritte Zündung der Umdrehung erfolgen.
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13 Jetzt wird Brennkammer I, deren Arbeits„hub“ bzw. Arbeit leistende Weg beendet ist an der dazugehörigen bzw. nächstliegenden Abgasöffnung entleert.
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14 Folgerichtig kommt es nun wieder in Brennkammer römisch I zur vierten Zündung der Umdrehung am Verdichterzylinder b.
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15 Als Nächstes Ausstoß der Verbrennungsgase von Brennkammer II.
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16 Jetzt folgend die fünfte Zündung der Umdrehung in Brennkammer II.
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17 Ausstoß Verbrennungsgase von Brennkammer III.
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18 Die sechste Zündung der Umdrehung in Brennkammer III. Folglich die zweite Zündung in dieser Brennkammer.
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19 Ausstoß Abgase aus Brennkammer I.
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So setzen sich die „Takte“ weiter fort, es wechseln sich Zündungen und Brenngas-Ausstoß ab und es ergibt sich folgendes Schema siehe Tabelle 20 bei EINER Umdrehung der Brennkammerscheibe 2. Jeder der fünf Verdichterzylinder 13 wird pro Umdrehung von drei Brennkammern 6 „besucht“, ergibt 15 Verbrennungen, d.h. aller 24° Drehung der Brennkammerscheibe 2 erfolgt mechanische, nutzbare Arbeit.
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Das Prinzip dieser Verbrennungskraftmaschine bietet vielfältigste und flexibelste Konstruktionsmöglichkeiten auf deren Ansätze nachstehend noch eingegangen wird.
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Vorteilhafterweise sind die nach Stand der Technik bekannten 4 Takte von Hubkolbenmotoren, nämlich „Ansaugen“, „Verdichten“, „Verbrennen“ und „Ausstoßen“ im Sinne dieser Erfindung so verteilt, dass die Verdichterzylinder die Takte „Ansaugen“ und „Verdichten“ übernehmen, während die Takte „Verbrennen“ und „Ausstoßen“ in den Brennkammern der Brennkammerscheibe erfolgen.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik finden gemäß dieser Lösung bei einer Umdrehung nicht nur drei Verbrennung z.B. Wankel-Motor oder ein bzw. zwei Takte Hubkolben-Motoren statt, sondern bei einer Konstruktion mit drei Brennkammern und fünf Verdichtungszylindern finden beachtliche fünfzehn Verbrennungen pro Umdrehung statt. Das heißt, je Umdrehung wird fünfzehn Mal Brennmedium z.B. Kraftstoff-Luft-Gemisch angesaugt, verdichtet, verbrannt und ausgestoßen und hauptsächlich Arbeit verrichtet.
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Der Aufwand für Ansaugen und Verdichten des Brennmediums und auch für den Auslass der Verbrennungsgase ist minimal.
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Durch die Bauform einer kompakten Masse eines Rotors der Brennkammerscheibe 2 und einer gleichlaufenden Nockenscheibe 11, die in ihrer gleichmäßigen, unabgelenkten Rotation gleichzeitig als ideale Schwungmasse dienen ist die Abbremsung der Rotation für den Aufwand z.B. der Verdichtung gering.
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Durch diese Konstruktionsart wird die nicht Kraft leistende Arbeit auf das geringstmögliche reduziert.
Die Folge der kraftleistenden Arbeit liegt so dicht hintereinander, dass eine bremsende Wirkung so gut wie nicht besteht.
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Dieser Art von Motor verbindet die Prinzipien von Drehkolben und Hubkolben aber unter Verzicht auf das Effizienzbegrenzende Kurbelprinzip sowie Vermeidung einer komplizierten, Materialintensiven Bauform.
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Aufwändige und anfällige Steuerungen durch Ventile oder Schieber oder gegenlaufende Zahnkränze entfallen.
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Das ergibt eine enorm kräftige Verbrennungskraftmaschine mit großer Leistungsabgabe bei kleinstmöglicher Bauform.
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Die Kompaktheit des Motors erlaubt vielfältigste Einsatzmöglichkeiten.
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Die Abdichtung zwischen Brennkammer 6 und Verdichterzylinder 13 bzw. zwischen Brennkammeröffnung 27 und der Wandung des Gehäuseblocks 1 ist mit dem heutigen Stand der Technik lösbar.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass dieser Motor für vielfältigste Bauformen und Brennstoffe nutzbar gemacht werden kann, wie z.B. auch Common Rail Einspritzung, Diesel, Wasserstoff usw., eine Vielstoffbrennfähigkeit ist prinzipiell angestrebt.
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Unabhängig von den hier skizzierten Abbildungen, bei dem ein Rotor 2, drei Brennkammern 6 und fünf Verdichterzylinder 13 zur Erzeugung von 15 Verbrennungsvorgängen je Umdrehung angegeben sind, kann aber die Anzahl von Brennkammern und Verdichterzylinder gemäß technisch notwendigen Anforderungen variieren. Auch dies ist dem Erfindungsgedanken zuzurechnen
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Große Motoren mit großer Leistungsabgabe können durchaus auch mit weitaus mehr Brennkammern und Verdichterzylindern bestückt sein, kompakte Motoren mit weniger.
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Jedoch ist davon auszugehen, dass mehr als eine Brennkammer 6 und mehr als ein Verdichterzylinder 13 je Brennkammerscheibe 2 das Grundprinzip dieser Maschine darstellen.
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Allerdings ist in der Konstruktion dieses Motors auch möglich, dass mehrere Brennkammerscheiben 2 auf gleicher Welle 3 synchron rotieren, so dass sich das hier abgebildete Prinzip der Brennkammerscheiben 2 mit beinhalteten Brennkammern 6 und dazugehörigen Verdichterzylindern 13 „in Reihe geschaltet“ nacheinander bzw. hintereinander wiederfindet.
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Explizit bietet sich die Konstruktionsweise mit mehreren bis vielen Verdichterzylindern 13 und Brennkammern 6 dazu an, je nach Lastbedarf eine Zu-oder Abschaltung von Verdichterzylindern 13 und / oder Brennkammern 6 möglich zu machen. Auch von Temperatur oder anderen Kriterien abhängiges Zündmanagement lässt sich hier gut gestalten.
Da die drei Brennkammern 6 nur einen Teil des Motoren-Laufrades „Stator“ also der hier bezeichneten Brennkammerscheibe 2 ausfüllen, kann das Laufrad auch gleich für die Aufnahme eines Generators genutzt werden. Somit kann die mechanische Energie des Verbrennungsgetriebenen Laufrades / Rotors Brennkammerscheibe 2 direkt in elektrische Energie umgewandelt werden, ohne extra an den Motor einen Generator anflanschen oder Kraftübertragungselemente wie z.B. Getriebe oder Treibriemen verwenden zu müssen.
Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn keine Energieabnahme in Form einer drehenden Welle notwendig ist.
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Die Brennkammern 6 der Brennkammerscheibe 2 mit den darin stattfindenden, Wärme erzeugenden Verbrennungsvorgängen bedürfen einer Kühlung. Dafür notwendige Kühlmittelkanäle müssen in der Brennkammerscheibe 2 vorgehalten und eingearbeitet werden. Dazu bietet es sich auch an, wie oben schon beschrieben, die Brennkammerscheibe 2 gleichzeitig, auch in Anbetracht ihrer hohen Rotationsgeschwindigkeit, für die Aufnahme einer Kühlmittelpumpe zu nutzen. Durch die Rotation bietet sich das Prinzip der Kreiselpumpe an.
Auch im Falle der Notwendigkeit einer Spülluftpumpe bietet sich der voluminöse Rotor zur Aufnahme an.
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Konstruktiv bietet sich die Nockenscheibe 11 wiederum an, eine kühlende Propellerfunktion einzubauen. Durch die hohen Drehzahlen des Motors sind auch starke Luftströme erzeugbar, die gleich dem Propeller eines Kühlers auf Kühlrippen am Gehäuse des Motorenblockes einwirken können. So ist die Verbrennungsmaschine luftgekühlt konstruiert für Zweiradantrieb, Kleinst-Antriebe für tragbare Anwendungen etc. durchaus denkbar.
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Und als Ausblick auch Denkansätze dahingehend, dass man die Brennkammerscheibe auch nabenlos ohne zentrale Welle ausführen kann, die Brennkammern verstellbar konzipieren oder in der Brennkammerscheibe ein Getriebe oder eine Ölpumpe unterbringen kann. Dieser Motor ist ein praktikabler Ansatz für Radnabenmotoren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuseblock
- 2
- Brennkammerscheibe (Rotor)
- 3
- Welle
- 4
- Brennstoffeinlass
- 5
- Abgasauslass
- 6
- Brennkammer
- 7
- Drehrichtung Welle
- 8
- Überströmöffnung Verdichterzylinder zu Brennkammer
- 9
- Zündkerze/Zündmedium
- 10
- Drehrichtung Brennkammerscheibe
- 11
- Nockenscheibe
- 12
- Keil-Nocke
- 13
- Verdichterzylinder
- 14
- Bewegungsrichtung Verdichterkolben
- 15
- Rückholfeder
- 16
- Stößel
- 17
- Verdichterkolben
- 18
- Verdichtungsraum
- 19
- Laufrichtung Nockenscheibe
- 20
- Laufrichtung Brennkammerscheibe
- 21
- Rückstaugesperrte Zuführung Verbrennungsmedium
- 22
- Verbrennungsmedium
- 23
- Abgase
- 24
- Richtungspfeil
- 25
- Freiraum über Stößel
- 26
- Bewegungsrichtung Stößel
- 27
- Brennkammeröffnung
- a
- Keil-Nocke 1
- b
- Keil-Nocke 2
- c
- Keil-Nocke 3
- d
- Keil-Nocke 4
- e
- Keil-Nocke 5
- I
- Brennkammer 1
- II
- Brennkammer 2
- III
- Brennkammer 3
- A
- Verdichterzylinder 1
- B
- Verdichterzylinder 2
- C
- Verdichterzylinder 3
- D
- Verdichterzylinder 4
- E
- Verdichterzylinder 5
