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Kathmann-Mo tor
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Die Erfindung betrifft einen Motor, insbesondere einen Verbrennungsmotor,
der im drohenden Arbeitsspiel die Expansion erhitzter Gase direkt in Antriebsernergie
umsetzt. Dabei kann die Erhitzung bzw.
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Verbrennung der Gase innerhalb oder außerhalb des Motors erfolgen,
wobei mit dem Abgas nur geringe Mengen an Schadstoffen ausgestoßen werden.
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Die meisten der verwendeten Verbrennungsmotore setzen den erzeugten
Gasdruck über hin- und hergehende Bauteile, wie Kolben, Pleuel und Kurbelwellen,
bei bekannt gewordenen Kreiskolbenmotoren über Exzenterwellen, in Drehkraft um.
Bei diesen Motoren ist ein geringer Wirkungsgrad mit schadstoffreichem Abgas, dem
Dieselmotor ausgenommen, konstruktionsbedingt0 Die zur Zeit verwendeten Motore setzen,
bedingt durch ihre Mechanik, nicht mehr als ein Drittel der zugeführten Kraftstoffenergie
in Antriebsenergie um. Der nachfolgend beschriebene Kathmann-Motor setzt, auf Grund
seiner bestechend einfachen Konstruktion, erheblich mehr der zugeführten Kraftstoffenergie
in Drehkraft um.
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Die Heratellungskosten des Kathmann-Motors liegen in gleicher Ebene
mit bekannten Motoren, wobei die Wartungskosten geringer sind, da weniger ?eilt
zur Wartung anstehen, Auf Grund der sauberen Trennung von Verbrennungsraum zu Triebwerksraum
kann der übliche Ölwechsel entfallen.
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Das Arbeitsverfahren Die Konstruktion des Kathmann-Motors geht davon
aus, daß schlechthin Jeder Hohlraum Gas ansaugen kann, wenn er sich vergrößert,
und Gas verdichten kann, wenn er sich wieder verkleinert, Arbeit abgeben kann, wenn
die Explosion ihn drängt sich wieder zu vergrößern, und daß er verbranntes Gas wieder
hinausdrängen kann, wenn er sich wieder verkleinert, und daß es vollkommen gleichgültig
ist, wie er sich vergrößert und verkleinert, und daß ein Hohlraum sich vergröbern
und verkleinern läßt, ohne daß ein Kolben hin und her gerissen wird.
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Werden zwei an einem Drehpunkt ( Achse der Rotoren) gegenüberliegendea
gleichgroße Flächen mit Gasdruck belastet, so zeigt eich auf Grund des Gleichgewichtes
keine Veränderung der Lage.
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Wird der Drehpunkt aber so verschoben, daß sich die eine Fläche vorgrößert,
und sich die gegenüberliegende Fläche proportional verkleinert, so bewegen sich
die Flächen um den Drehpunkt so lang, bis das Flächen-Druckverhältnis wieder gleich
ist, oder die Druckspannung abgebaut ist.
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Der Kathmann-Motor, bestehend aus einem mehrteiligen, verschraubten
Gehäuse, ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Rotoren, mit mehreren Bauteilen verschraubt
und bestückt, in den verschraubten Gehäusen um eine gemeinsame Achse drehen und
dabei die Steuerkolben Je Rotor, eier quer zur Rotorachse lose im Rotor steckt,
mit seiner Steuernut um einen außerxittigen Steuernocken dreht, wobei die Achsen
der Steuernocken, auf die Rotorachse bezogen, um 1800 versetzt sind.
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Jeder der beiden Rotoren bildet mit den beiden Steuerkolben und den
Bauteilen in den Gehäusen je zwei getrennte Kammern, also vier Kammern insgesamt,
in denen nacheinander der Arbeitsprozeß abläuft. Da der Arbeitsprozeß über 7200
läuft, ansaugen 1800, verdichten 1800, arbeiten 1800 und ausstoßen 1800, ist durch
die vier Kammern ein ¢.leichmäßiger Rundlauf gewährleistet.
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Der Kathmann-Motor entspräche somit einem herkömmlichen Vierzylindermotor,
obwohl nur etwa die Hälfte des herkömmlichen Bauvolumens ausgefüllt wird.
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Beim Drehen des Rotorsdreht sich der Rotor um seine eigen. Achse,
während der Steuerkolben mit seiner Steuernut im Längsmittelpunkt, um den versetzten
Steuernocken dreht.
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Durch den Achsabstand verändert sich beim Drehen des Rotors das Längenverhältnis
des Steuerkolbens zur Rotorachse bis maximal dem zweifachen Wert des Achsabstandes.
Bei einer 3600 Rotordrehung ergibt sich ein zweimaliges Faktorenverhältnis ( Achsabstand
= Faktor ) von 1:1 um ein zweimaliges Faktorenverhältnis von 2:0.
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Die Veränderung des Faktorenverhältnisses läuft parallel mit der entsprechenden
Raumgrößenveränderung, d.h. daß bei dem Faktorenverhältnis von 1:1 ein sogenannter
Totpunkt erreicht ist.
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An diesem Totpunkt ist für die eine Kammer eines Rotors der kleinste
und die gegenüberliegende Kammer der größte Raum erreicht.
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Es ergeben sich so bei einer ganzen Umdrehung des Rotors für jede
Kammer zwei Totpuikte, oder auch Arbeitsprozeßtakte genannte Die durch Dichtringe
druckfest getrennten Kammern können so, mit einer entsprechenden Gaswechselsteuerung,
jeden beliebigen Arbeitsprozeß durchlaufen.
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Der in den Kammern zur Arbeit notwendige Gaswechsel erfolgt durch
Kanäle im Inneren des Rotors.
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Der Einlaßkanal einer Kammer beginnt 300 in Drehrichtung vorlaufend
an der Einlaßseite des rotors und mündet, da sich die Kammer beim Ansaugen von vorn
nach hinten vergrößert, in Drehrichtung am Kwnmeranfang, was eine optimale Füllung
gewährleistet.
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Der Auslaßkanal beginnt in Drehrichtung am Kammerende, da sich die
Kammer beim Ausstoßen von vorn nach hinten verkleinert, und mündet 30 in Drehrichtung
nachlaufend auf der Auslaßseite des Rotors, was die maximale Entleerung der Kammer
bedeutet.
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er vorlaufende Einlaßkanal gewährleistet, da die Kammer dem Frischgas
entgegen dreht, eine gute Füllung, die durch den Ram-effekt noch erhöht wird.
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Der nachlaufende Auslaßkanal bringt einerseits ein gewisses Reaktionsmoment,
da das Restgas unter einem gewissen Druck stehend schlagartig entspannt und bewirkt
andereseits die optimale Entleerung der Kammer, da im Auslaßkanal nach der Entspannung
ein gewisser Unterdruck herrscht.
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Somit kann durch eine entsprechende Gaswechselsteuerung, sofern die
Kraftstoffzufuhr durch Einspritzung erfolgt, mit Spülluft die Kammer durchblasen
werden, was sich nochmals positiv auf die Abgaswerte auswirkt.
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Benennung der Bauteile 1 Rotor 2 Steuerkolben 3 Steuergehäuse 4 Lagerflansch
5 Seitengehäuse 6 Lager 7 Lagerzahpfen 8 Steuernocken 9 Steuerwelle 10 Abrollzahnkranz
11 Einlaßkanal 12 Auslaßkanal 13 Auslaßringkanal 14 Öleintrittsbohrung 15 Ölaustrittsbohrung
16 Wasserkühlung-Seitengehäuse 17 Wasserkühlung-Steuergehäuse 18 Zuganker 19 Olringkanal
20 Zwischenräder 21 Rotor 22 Steuerkolben 23 Steuergehäuse 24 Lagerflansch 25 Seitengehäuse
26 Lager 27 Lagerzahpfen 28 Steuernocken 29 Steuerwelle 30 Abrollzahnkranz 31 Steuernut
32 Ölführungsbohrung 33 Auslaßringkanal 34 Öleintrittebohrung 35 Ölaustrittsbohrung
36 Wasserkühlung-Seitengehäuse 37 Wasserkühlung-Steuergehäuse 38 Zuganker 39 Ölringkanal
40 Zwischenräder 41 Winkeldichtleisten 42 Steuerkolbendichtringe 43 Ölabstreifringe
44 Rotordiohtringe 45 Rotoröldichtringe-46 Seitengehäuselaufbahn 47 Steuergehäuselaufbahn
48 Einlaßgehäuselaufbahn 49 Einlaßgehäuse 50 Abtriebskörper 51 Zahnkranz 52 Wasserkanal-Einlaßgehäuse
53 Einlaßregler 54 Zwischenradlager 55 Zwischenrad
1eschreibung
der Bauteile.
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Dvr Kathmann-Motor besteht aus mehreren Bauteilen, die in Blatt Nr.014
mit Ziffern versehen, in ihrer Funktion und Zuordnung nachstehend erläutert werden.
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Das den Kathmann-Motor umschließende Gehäuse besteht in den Hauptbauteilen
aus dem Seitengehäuse 5+25, dem Steuergehäuse 3+23 und dem Einlaßgehäuse 49. Die
Gehäuse sind durch Paßstifte zentriert und werden durch Zuganker 18+38, die auf
der einen Seite in das SinlaßgehEuse 49 fest eingeschraubt sind und an dem Seitengehäuse
5+25 durch Muttern zusammengehalten.
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In dem vorhandenen Hohlraum befindet sich der Rotor 1+21, der mit
dem Abtriebskörper 50 verschraubt ist. An der gegenüberliegenden Stirnseite des
Rotors ist der Lagerflansch 4+24 angeschraubt, der durch das Lager 6+26 mit dem
Lagerzapfen 7+27 drehbar verbunden int.
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Jeder Rotor 1+21 hat quer zur Drehachse eine durchgehende Bohrung,
in der der Steuerkolben 2+22 steckt. Der Steuerkolben 2+22 hat in seiner Längsmitte
eine quer verlaufende Steuernut 31, die um den Steuernocken 8+28 dreht, welcher
an der Stirnseite des Lagerzapfens 7+27 sitzt.
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Der Steuerkolben 2+22 hat an den beiden Enden Nuten, in denen die
Winkeldichtleisten 41, die Steuerkolbendichtringe 42 und die Ölabstreifringe 43
sitzen, durch Federn an die Rotorbohrung, die Seitengehäuselaufbahn 46, die Steuergehäuselaufbahn
47 und die Einlaßgehäuselaufbahn 48 angedrückt werden und mit den Rotordichtringen
44 durch Dichtkörper verbunden sind.
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Auf der Abtriebskörperseite des Rotors befindet sich für jede Kammer
ein Einlaßkanal 11 und an der Lagerflanschseite ein Auslaßkanal 12. Das Frischgas
gelangt durch den Einlaßregler 53, das Einlaßge hause 49 undden Einlaßkanal 11 in
die Kammer. Das Abgas strömt durch den Auslaßkanal 12 aus der Kammer und dem Auslaßringkanal
13+33 aus dem Seitengehäuse 5+25.
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Zur steuerung des Gaswechsels befindet sich auf dem Lagerzapfen 7+27
der Abrollkranz 10+30, auf dem das Zwischenzahnrad 20+40 abrollt und die Drehzahl
2:1 untersetzend an die Steuerwelle 9+29 abgibt.
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Die Steuerwelle 9+29 betätigt dann die gewünschten Steu.rorgane wie
Ventile, Sohieber usw., die die Einlaßkanäle 11 und Aualaßkanäle 12 im Arbeitsprozeß
verschließen bezw.öffnen.
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Bei Verwendung des Kathmann-Motors als Dampf-oder Druckgasmotor, erfolgt
die Verbindung und Unterbrechnung von den Druckerzeugern und Abgaskanälen zu den
Kammern, über kreisringförmige Ausschnitte im Einlaßgehäuse 49 und im Seitengehäuse
5+25.
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Im Rotor 1+21 ist dazu für jeden Kanal ein Dichtkörper eingesetzt,
der beim Drehen des Rotors durch korrespondieren mit dem Ausachnitton die jeweilige
Verbindung herstellt und beim Weiterfahren an der Gehäusewandung unterbricht.
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Das zur Schmierung und Kühlung notwendige Öl wird durch die Ölsintrittsbohrung
14+34 zugeführt, durch Ölführungsbohrungen 32 dem Ölringkanal 19+39 zugeleitet und
gelangt von dort durch die Ölaustrittsbohrung 15+35 aus dem Seitengehäuse 5+25.
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Am Lagerflansch 4+24 befindet sich der Öldichtring 45, der den Ölübertritt
vom Triebwerksraum in den Auslaßringkanal 13+33 verhindert.
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Die in den Kammern erzeugte Drehkraft wird durch den Abtriebskörper
50 mittels dem Zahnkranz 51 über das Zwischenrad 55 abgegeben.
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Das Zwischenrad 55 ist in dem Zwischenradlager 54, da mit dem Einlaßgehäuse
49 verschraubt ist, gelagert.
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Die Kühlung des Kathmann-tIotows erfolgt durch die Wasserkanäle 16,17,36,37
und 52, wodurch der Motor in einer verschleißhemmenden Betriebstemperatur gehalten
wird. Die Kühlung durch Luft ist ebenfalls möglich