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Die Erfindung bezieht sich auf eine Arbeitsmaschine mit einem dynamischen Kurven-Wellen-System (DKWS), im Allgemeinen auf Gegenkolbentechniken für den Betrieb als Verbrennungsmotor und zur Nutzung als Hydraulikmotor, Pumpe oder Kompressor.
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Jedoch wird bei bekannten Varianten überwiegend ein gekoppelter Kurbelwellentrieb, eine Schrägscheibe oder eine Taumelscheibe genutzt, um die axiale Kolbenbewegungskraft in eine Drehbewegung umzuwandeln. Bei der Gegenkolbentechnik wirken die Druckkräfte auf zwei gegenüberliegende Kolben. Dadurch wird die erzeugte Kraft auf zwei gegenüberliegenden Seiten genutzt.
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Mit dem Nachteil, dass immer ein taumelnder Kolbenstangenausgleich konstruktiv berücksichtigt werden muss und die voneinander wegbewegenden Kraftrichtungen aufwendig mit einem Zahntrieb oder innenliegend mit einer Zentrumswelle zusammengeführt werden muss, um eine nutzbare Drehbewegung zu erhalten. Weiterhin ist durch die permanente Kopplung keine unterschiedliche Geschwindigkeitsentkopplung der Kolben möglich, um z.B. unterschiedliche Steuerzeiten oder Pulsglättungen zu erreichen. Außerdem kann jede Kolbenanordnung nur einmal je Umdrehung Arbeit verrichten.
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Bekannt ist aus dem
DE 20 2007 015 140 U1 ein Verbrennungsmotor mit einem kurbelwellenlosen Triebwerk, bei dem Kolbenpaarungen von sich gegenüberliegenden konzentrisch und koaxial um eine Antriebswelle angeordneten und miteinander durch eine Kolbenstange verbundenen Kolben angeordnet sind, wobei von den Kolbenstangen die oszillierende Kolbenbewegung auf einen auf der Antriebswelle angeordneten Kurvenbahnträger mit einer Kurvenbahn übertragbar ist und die Antriebsbewegung entsteht, indem sich die Kurvenbahn unter den Kolbenkräften wegdreht. Der Kurvenbahnträger ist ein Zylinder, der verdrehfest auf der Antriebswelle gelagert ist und die Kurvenbahn aus mindestens zwei parallel verlaufenden Nuten im Zylindermantel des Zylinders des Kurvenbahnträgers besteht, wobei in den Nuten Zapfen geführt sind, die mit jeweils einer Kolbenstange verbunden sind.
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In der
DE 10 2010 056 125 A1 wird ein Gegenkolbenmotor beschrieben, wobei der Gegenkolbenmotor zwei feststehende Halter mit den in tangentialer Richtung angeordneten Positionen, in denen je ein Paar gegenüberliegender Zylinder Z (mit einem Zylinderkopf ZK und einer Kolbeneinheit) festgestellt und die Halter symmetrisch relativ der Zentralebene der Konstruktion angeordnet sind, eine umlaufende Hubscheibe H, die auf der Triebwelle TW koaxial festgestellt ist und jede Kolbeneinheit ein an der Hubscheibe H abrollendes Drehelement RH mit einem Stützelement X beinhaltet. Der Motor beinhaltet eine zweite umlaufende Hubscheibe H, die koaxial auf der Triebwelle TW festgestellt ist, so dass beide Hubscheiben H symmetrisch relativ der Zentralebene der Konstruktion angeordnet sind und auf einer der Stirnseiten jeder Hubscheibe H ein sinusförmiges Leitprofil, wobei die Leitprofile der Hubscheiben H zueinander spiegelartig angeordnet sind, vorgesehen sind. Die Komponenten der Kolbeneinheiten und des Gaswechselsystems der gegeneinander befindlichen Positionen sind spiegelartig relativ zur Zentralebene der Konstruktion angeordnet, so dass in jedem Moment in den gegenüberbefindlichen Zylindern Z gleiche Arbeitsabläufe geschehen
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Nachteilig ist, dass der Pendel- oder Taumelversatz für die Kolbenstange nicht gut gelöst ist, da die Ablaufrolle (RH) nur einen rollenden und gleitenden Linienkontakt hat und somit keine Kraftaufteilung für den so wichtigen Verschleißschutz für höhere Kraftnutzungen vorhanden ist.
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Die
DE 10 2010 006 197 A1 betrifft eine Kraftmaschine zur Speicherung und Abgabe von Energie mit Hilfe von an einem Schwungrad rotierenden Gewichten, um mit geführt verschiebbaren Gewichten in Verbindung eines auf den Schwerpunktverlauf eines Drehkreises bezogenen geometrischen Ungleichgewichtes an einer Drehkreishälfte ein erhöhtes Drehmoment entstehen zu lassen. Die Verschiebung der Gewichte im Drehbereich der Aufwärtsbewegung und gegen die Schwerkraft soll dabei mit minimalem Energieverbrauch infolge kürzer gehaltener Kraftarme als im analogen spiegelbildlichen Drehwinkel erfolgen, so dass im System ein überschüssiges Drehmoment längerfristig erhalten bleibt.
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Ein Stativ trägt einen Rotor, welcher als Leiteinrichtung die Massestücke führt. Durch den Einbau einer Feder sowie einer Gleitbahn gelangt das Massestück vorzeitig zum Drehpunkt und befindet sich bereits vor Ablauf von 180 Grad im Quadranten mit den positiven Momenten. Die Gestaltung der Hauptteile zu Modulen und deren in beliebiger Anzahl vollzogener Anreihung verstärkt die Leistung der Vorrichtung.
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Die Lösung beschreibt zwar eine Kurvenbahn in einer Ebene, jedoch ist hier kein Kolben mit Kraftbrückennutzung vorhanden. Es werden nur Stößel im Zentrum mit zur Hilfenahme einer Feder als Nutzungsanwendung verwendet. Weiterhin ist die Kurvenbahn feststehend und die Stößel Anordnung dreht sich.
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Die bisherigen Verbrennungs-Motorentechniken haben eine eingeschränkte Energieausnutzung, erreichen geringe Wirkungsgrade und benötigen viele Zusatzkomponenten. Da das Grundprinzip der Kurbelwelle nur eine begrenzte Hebelauslenkung zulässt, geschuldet dem Freiraum zwischen Pleuel und der Zylinderbüchse, und somit keine erweiterte Drehmomentauslegung anpassbar gestaltet werden kann.
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Die
DE 10 2011 016 177 A1 betrifft einen Motor mit wenigstens einem Zylinder, in dem wenigstens eine Expansionskammer ausgebildet ist und mit einen im Zylinder bewegbar angeordneter Kolben, an welchem ein Pleuelstange angeordnet ist, wobei mittels einer Übertragungsvorrichtung eine Kraft vom Kolben auf eine Kurvenscheibe übertragbar ist, mittels welcher eine Antriebswelle des Motors antreibbar ist.
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Die
DE 103 43 192 A1 bezieht sich auf ein Brennstoffkleinkraftwerk, das einen Verbrennungsmotor umfasst, wobei der Verbrennungsmotor als Gegenkolbenmotor mit auf beiden außen liegenden Kurbelwellen drehstarr montierten Kurvenscheiben zur Steuerung der Bewegung der Pleuels ausgebildet ist. Die Kurvenscheiben weisen jeweils eine Nut auf, in denen sogenannte Zwei-Rollen-Systeme laufen.
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Ausgehend vom Stand der Technik liegt die Aufgabe der Erfindung darin, eine Arbeitsmaschine mit einem dynamischen Kurven-Wellen-System (DKWS) so weiter zu entwickeln, dass die Nachteile des vorhandenen Standes der Technik überwunden werden, um eine neue mechanische Antriebseinheit zu schaffen, bei der eine oszillierende Kolbenbewegung über eine Kurvenbahn in eine drehende Antriebswellenbewegung umgeformt wird.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des 1. Anspruches, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine mit einem dynamischen Kurven-Wellen-System (DKWS) für den Einsatz als Kraft-, Wärmekraft- oder Arbeitsmaschine umfasst ein Gehäuse mit Kolben-Zylinder-Einheiten und einer Systemkurvenwelle mit einer Kurvenbahn, auf der die Endbereiche der Kolbenstangen gleitend angeordnet sind. Die umlaufende Systemkurvenwelle weist eine Zug- und eine Druckbahn auf, auf denen die an den Endbereichen der Kolbenstangen angeordneten Kraftbrücken mit entsprechenden Gleitelementen angeordnet sind, wobei die Kolben über die Kolbenstangen auf die Kraftbrücken, die entsprechend der Hebelgröße kraftaufteilend auf der Druckbahn der umlaufenden Systemkurvenwelle in einer Ebene laufen und durch die axialen Kolbenkräfte je Umdrehung zweimal sowie gegenüberliegend mit unterschiedlichen Kolbengeschwindigkeitsentkopplungen in eine Drehbewegung umwandelbar ist, wobei durch das Einschwenken der Kraftbrücken eine Entkoppelung der Kolbengeschwindigkeit von der Umfangsgeschwindigkeit der Druckbahn der Systemkurvenwelle erfolgt.
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Alternativ dazu können die Druckrollen der Kraftbrücken durch bewegliche Gleitschuhe ersetzt werden. Die Druckrollen bilden einen stetigen gleichbleibenden Linienkontakt und können in jeglicher anderer Art von Abroll- oder Konturverlaufsform sowie in Kugel oder Kegelform ausgeführt sein. Die Druckbahn der Systemkurvenwelle kann eine Abrollbahn in elliptischer Form oder in einer geschlossenen Splineform aufweisen.
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Die Kraftbrücken weisen einerseits über die Zugrollen eine Verbindung mit den Kolbenstangen und andererseits mit der Systemkurvenwelle auf. Eine hydrodynamische Lagerung ist in der Kolbenstangenführung für die Kolbenstange vorgesehen. Die Gestaltung der Kraftbrücken zur passenden Veränderung der Kolbengeschwindigkeit kann symmetrisch oder asymmetrisch erfolgen.
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Alle konstruierbaren Größenverhältnisse der Konstruktionspunkte für die Spline-Berechnung der Systemkurvenwelle oder jede andere frei definierbare Bahnkurvenverlaufsform im variablen Zusammenhang mit den Größenverhältnissen der Kraftbrückengestaltung zur passenden Hubbewegung und Geschwindigkeitsveränderung der Kolben führen kann. Die Winkelvariablen Y° im Funktionsablauf befinden sich in stetiger Anpassungsveränderung und die Größen X sind konstruktiv zur Funktionsaufgabe festlegbar.
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Das Kompressionszentrum kann in Abhängigkeit mit den Kraftbrückengrößenverhältnissen oder jeglicher andere Art einer Kraftbrückengeometriegestaltung stehen.
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Eine weitere Besonderheit der Erfindung ist, dass jedes angeordnete Kolbenpaar zweimal Arbeit je Gesamtumdrehung verrichtet und an den äußeren Umkehrpunkten jeweils unterschiedliche zeitliche Entkopplungen von der Umfangsgeschwindigkeit ermöglicht wird.
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Die Systemkurvenwelle ist auf ihrem äußeren Umfang mit einer Verzahnung versehen. Entsprechend der Erfindung wird die axialwirkende Kolbenkraft gegenüberliegend auf die umlaufende Systemkurvenwelle abgeleitet und geht dadurch in einer Ebene wirkend in die Drehbewegung über, die über die Verzahnung abgegriffen werden kann. Der besondere Konstruktionsaufbau ist eine neuartige umlaufende Spline-Verlaufsform, die in unterschiedlichen Größen gestaltet werden kann und damit den Kolbenhub und dessen Geschwindigkeitsentkopplung definiert.
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Durch die damit verbundene Umfangslagerung entsteht ein stetiger Gegenhalt und je Umdrehung wird zweimal Arbeit verrichtet. Dadurch ist es erstmals möglich, unterschiedliche Kolbengeschwindigkeiten je Umdrehung auszuführen. Sowie am Umfang die Fliehkräfte unterstützend ohne aufkommende Unwucht zu nutzen. Zusätzlich ist die Hebelwirkung für das Drehmoment um ein Vielfaches größer gestaltbar, weil die Kraftnutzung vom Kolbenboden zum umlaufenden Mittelpunkt wirkt.
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Die Kolbenstange leitet die Kräfte axial auf eine Kraftbrücke, die die Kraftumleitung auf die gemeinsam genutzte Systemkurvenwelle in beide Bewegungsrichtungen ermöglicht, die wiederum die Kolben steuert. Mit dieser Zwangsführung werden die Kolben immer in der Verlaufsbahn gehalten. Durch diese neuartige Kraftrichtungsänderung entstehen keine Querkräfte, die auf das Kolbenhemd bzw. Zylinderbuchse wirken. Dadurch ist es möglich neuartige Materialien für einen dauerhaften Betrieb zu verwenden.
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Der neuartige Gesamtaufbau bewirkt, dass weniger Zusatzkomponenten benötigt werden, was dem Aufbau entsprechend, einen enormen Vorteil gegenüber allen bisherigen Techniken bedeutet, denn die Kraftentfaltung kann in unterschiedlichen Umfangsteilungen und teilungsversetzt, gleichzeitig und verteilt über den großen Umfangszahnkranz auf eine gemeinsame Antriebswelle wirken. Durch die frei wählbare Kurvenverlaufsgröße ist in unterschiedlichen Winkelpositionen der Systemkurvenwelle auch die Drehmomentenauslegung nicht mehr begrenzt, so wie es bei der Kurbelwellentechnik der Fall ist. Dies sorgt für entscheidende Effizienzverbesserung.
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Die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine mit einem dynamischen Kurven-Wellen-System (DKWS) ist als kurbelwellenlose Maschine ausgeführt. Diese können zum einen als Gegenkolben-, Kurvenbahn-, Kurvenscheiben- und Hubkolbenmotoren mit innerer Verbrennung oder als Triebwerke in der Pumpentechnik (für Radial- und Axialkolbenmaschinen), als Kompressor bzw. als Hydraulikmotor ausgeführt sein.
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Dies alles bewirkt bei der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine eine Drehmomentverstärkung, Anlaufverstärkung, Pulsglättung, Geräuschminimierung, Umkehrpunktverzögerung für passende Schlitzsteuerung der unterschiedlichen Kolbengeschwindigkeit, um die Gleichstromspülung zu optimieren.
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Wesentlicher Vorteil ist die Geschwindigkeitsentkopplung der Kolben zur Umfangsgeschwindigkeit an den jeweiligen Umkehrpunkten, die mittels der Konstruktionsabstimmung für die passenden Schlitzsteuerungen sorgt. Dadurch ist es möglich die expandierten Gase als erstes in den Auslasskanal strömen zu lassen. Das zeitversetzte Öffnen des Einlasskanals bewirkt eine Gleichstromspülung. Zusätzlich schließt der Auslasskanal bevor der Einlasskanal schließt. Dadurch gehen weniger Frischgase verloren und es findet eine Vorkomprimierung statt.
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Das Entkoppeln der Kolben von der Umfangsgeschwindigkeit geschieht auf Grund der symmetrisch geschlossenen Kurvenbahn in Verbindung mit dem Einschwenken der Kraftbrücken an den jeweiligen Umkehrpunkten.
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Dadurch wird mit unterschiedlichen Kolbengeschwindigkeiten je Umdrehung für jeden Drehzahlbereich und mit einem konstanten Gegenhalt gesteuert. Damit können beispielsweise bei der Verbrennungstechnik Gleichstromspülungen ohne Frischgasverluste mit Überdruckfüllungen realisiert werden. So dass mit hohen Luftüberschüssen bessere Verbrennungsmöglichkeiten oder für die Hydraulik Pulsglättungen durch Umkehrpunktzeitverzögerung entstehen.
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Mit jeder beliebig konstruktiv machbaren Kolbenanzahl eine stetige folgende Funktionsbewegung ausführbar ist, bei z.B. acht Kolben sind immer vier Kolben am Ansaugen und vier Kolben erzeugen Druck, wobei das Drehschieberventil mit den umlaufenden Zahnkranz oder Systemkreiswelle gekoppelt ist, um den jeweiligen Schaltpunkt zu gewährleisten.
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An den jeweiligen Umkehrpunkten entsteht durch das paarweise symmetrische Einschwenken gleichgroßer Kraftbrücken eine gegenüberliegende gleiche Geschwindigkeitsentkopplung der Kolben im Schwenkverbund zur Umfangsgeschwindigkeit, wodurch beim Überfahren der Stege des Drehschiebers mit der damit verbundenen Verlangsamung des Volumenstroms der Druckwechsel und das Schaltpulsen verbessert werden.
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Im Zentrum ist ein Drehschieberventil zum passenden Wechsel für die Druck- und Drucklosseite, sowie für weitere Nutzungsformen und jegliche Geometrieöffnungsformen für den Volumendurchfluss angeordnet. Während des Schaltens des Drehschieberventil ist immer ein jeweils gegenüberliegendes Kolbendruckpaar und ein Kolbensaugpaar in stetiger Funktion. Die gemeinsam genutzte Zylinderlaufbuchse hat an den äußeren Umkehrpunkten jeweils eine Ein- und Auslassöffnung.
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Die Zugbahn der Systemkurvenwelle ist für das Ansaugen zuständig, wenn die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine als Pumpe oder Kompressor ausgelegt wird. Bei Hydraulikmotoren wird die Saugkammer als Rückführungskammer nutzbar.
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Der Aufbau der Arbeitsmaschine mit einem dynamischen Kurven-Wellen-System (DKWS) kann symmetrisch mit paarweisen Reihenanordnungen, reihenversetzten oder sternförmig verteilten Anordnungen erfolgen.
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Die vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Merkmale können gegebenenfalls auch gespiegelt oder auch mit ungleichen Kolbenteilungen kombiniert werden, um die Vorteile entsprechend umsetzen zu können.
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Im Kern geht es darum, eine translatorische Bewegung über zwei Abrolllinienkontakte mittels einer Kraftumleitungsbrücke in eine Rotation zu wandeln. Die Translation und Rotation können über jeweils vier physikalische Größen beschrieben werden. Für die Translation sind das die Masse, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und die Kraft. Für die Rotation sind es das Trägheitsmoment, die Winkelgeschwindigkeit, die Winkelbeschleunigung und das Drehmoment.
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Das erfindungsgemäße Prinzip ist bei Verbrennungsmotoren, Hydraulikmotoren, Pumpen, Druckluftmotoren und in der Kompressor Technik anwendbar.
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Die Erfindung soll anhand eines Anführungsbeispiels näher erläutert werden.
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Es zeigen:
- 1 - Prinzipdarstellung des erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine
- 2 - Schnitt durch die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine -Auslass öffnend-
- 3 - Schnitt durch die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine - Kolben in UT-Stellung
- 4 - Schnitt durch die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine -Auslass geschlossen und Einlass offen
- 5 - Schnitt durch die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine -Ein- und Auslass geschlossen
- 6 - Schnitt durch die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine
- 7 - Schnitt durch die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine in Arbeitsfunktion
- 8 - Schnitt durch die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine mit Darstellung der
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Funktion Druckwechsel
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Die 1 zeigt eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine ausgeführt als Verbrennungsmotor mit gegenüberliegenden Kolben-Zylinder-Einheiten 14, wobei die Kolben in OT-Stellung gezeigt sind. Dargestellt sind das Gehäuse 1 mit Ein- und Auslass und die Drehrichtung. In der Schnittdarstellung sind die geschlossen Kurvenbahnen der Systemkurvenwellen 20 (Zugbahn 2 und Druckbahn 3) zusehen, wobei sich die Kolben 11 und 13 im oberen Totpunkt befinden. Die asymmetrische Kraftbrücke 4 und die symmetrische Kraftbrücke 5 verteilen die Kräfte auf je 2 Druckrollen 6 und übemimmt die Positionssteuerung an den Umkehrpunkten. Zur Positionsabsicherung in der Startphase ist eine Zugrolle 7 am Kraftbrückendrehpunkt angebracht, um über die Zugbahn 2 das Abheben der Druckrollen 6 zu verhindern.
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Die 2 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine in der Arbeitsstellung -Auslass öffnend-. Im oberen Schnittbild ist das Zentrumsdetail K dargestellt, wobei die Kolbenstange 9 in Verbindung mit Kolbenstangenführung 8 die zur Querkraftableitung gezeigt wird. Sichtbar ist auch das unterschiedliche Einschwenken der Kraftbrücken 4 und 5. Im Detail K öffnet der Kolben 13 zur Steuerung des Auslasses als erstes den Auslasskanal 12, wodurch der noch vorhandene Überdruck als erstes in den Auslasskanal 12 entweicht. Nachfolgend öffnet der Kolben 11 zur Steuerung des Einlasses den Einlasskanal 10. Dadurch ist die Gleichströmungsrichtung für den Gasaustausch vorgegeben.
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Die 3 zeigt Schnitt durch die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine - Kolben in UT-Stellung sowie Darstellung der Kraftbrückenfunktion. Im Detail J befinden sich die Kolben 10 und 13 am unteren Totpunkt und die Kanäle 10 und 12 sind zeitverzögert geöffnet, da die Kraftbrücken 4 und 5 durch das Einschwenken am Umkehrpunkt eine Entkoppelung der Umfangsgeschwindigkeit 15 der Druckbahn 3 der Systemkurvenwelle 20 bewirken. Die mit X und Y° gekennzeichneten Größenverhältnisse zeigen die Veränderungsvariablen für das Zusammenspiel der Umfangsbewegung mit der Kolbenbewegung, das durch die Kraftbrücken 4 und 5 und durch den in Größen frei konstruierbaren geschlossenen Kurvenverlauf der Zugbahn 2 und der Druckbahn 3 der Systemkurvenwelle 20 entsteht.
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Die 4 zeigt Schnitt durch die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine den DKWV-Motor in der Stellung -Auslass geschlossen und Einlass noch offen-. Der Kurvenübergang mit den unterschiedlichen Hebelgrößen der Kraftbrücken 4 und 5 sorgt anschließend für ein schnelleres Schließen des Auslasskanals 12 gegenüber dem Einlasskanal 10. Somit wird ein Entweichen der Frischgase verhindert und es entsteht ein Luftüberschuss, bevor die eigentliche Komprimierung erfolgt.
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Die 5 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine in der Stellung -Ein- und Auslass geschlossen- in der geschlossenen Position und dem Beginn der gemeinsamen Kolbenbewegung für das zu komprimierende Gasvolumen.
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Die 6 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine mit Darstellung des symmetrischen Kolbenhubs in einer Ebene. Es ist zu ersehen, dass die Krafteinleitung für die Druckerzeugung über die Kolbenstangen 9 symmetrisch von der Druckbahn 3 der Systemkurvenwelle 20 erfolgt und über die Kolbenstangenführung 8 die Querkraft abgefangen wird. Dadurch entstehen keine Querkräfte auf das Kolbenhemd.
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Die 7 zeigt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Arbeitsmaschine in Sternausführung mit acht Kolben-Zylinder-Einheiten 14 in Arbeitsfunktion. Es ist zu ersehen, dass alle acht Kolben eine stetig folgende Funktion ausführen, wobei jeweils vier Kolben im Ansaugtakt und jeweils vier Kolben Verdichtungstakt arbeiten. Das Drehschieberventil 17 ist mit einem umlaufenden Zahnkranz 19 gekoppelt, um den jeweiligen Schaltpunkt zu gewährleisten. Der Zahnkranz 19 kann zur Kraftableitung oder Krafteinleitung genutzt werden. Die große Umfangslagerung 16 kann große Kräfte gut verteilt am Gehäuse 1 ableiten. Weiterhin ist die Zugbahn 2 der Systemkurvenwelle 20 zu sehen, die für das Ansaugen zuständig ist, wenn die Arbeitsmaschine als Pumpe ausgelegt ist. Bei Ausführung als Hydraulikmotoren ist die Saugkammer eine Rückführungskammer. Im mittleren Schnitt ist die Zugrolle 7, dargestellt, die sich am Schwenklager der symmetrischen Kraftbrücke mit Hydraulikkolben 18 befindet.
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Die 8 zeigt eine erfindungsgemäße Arbeitsmaschine mit Darstellung der Funktion Druckwechsel. Es ist zu ersehen, dass an den jeweiligen Umkehrpunkten durch das paarweise symmetrische Einschwenken der Kraftbrücken 18 eine Geschwindigkeitsentkopplung der Kolben 18 zur Umfangsgeschwindigkeit entsteht. Das Überfahren der Stege des Drehschiebers 17 mit Verlangsamung der Volumenbewegung verbessert den Druckwechsel, und dass damit verbundene Schaltpulsen. Außerdem ist immer eine doppelte sowie gegenüberliegende symmetrische Kraftableitung oder Einleitung vorhanden. Zusätzlich sind während des Schaltens immer ein jeweils gegenüberliegendes Kolbendruckpaar und ein Kolbensaugpaar in Funktion, was eine entscheidende Verbesserung des Wirkungsgrades bewirkt, weil immer ein jeweiliges Arbeitsvolumen vorhanden ist. Dadurch entstehen so gut wie keine Unterbrechungen im jeweiligen Strömungsbereich.
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Die Arbeitsweise als Verbrennungsmotor kann mit einfacher vorgekühlter Lufteinblasung unterstützt werden, wenn im Verbund eine gegenüberliegende Motorscheibe mittels der Umfangszahnradkoppelung ein Gebläserad integriert wird. Das bringt erhebliche Einsparungen an Gesamtgewicht und des Wegfalls der Fertigung von Zusatzkomponenten wie z.B. Turbolader, Nockentrieben usw., sowie einen stetigen Luftüberschuss, um auch bei niedrigen Drehzahlen mit einem Verbrennungsluftverhältnis λ=2 zu verbrennen. Dadurch ist der Stickoxidanteil im Promillebereich und es entsteht eine der saubersten Verbrennungsmöglichkeit.
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Durch den damit verbundenen besonderen Kühlungseffekt ist auch eine Wasserstoffverbrennung für Dauerhöchstleistung anwendbar. Dadurch, dass die verbrannten Gase mittels der Gleichstromspülung und dem permanenten Frischluftüberschuss gespült werden sowie die neue Gemischbildung ohne Restgase erfolgt, ist ein stetiger optimaler Verbrennungsprozess gewährleistet.
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Das Einspritzen der Kraftstoffe kann auf unterschiedlichste Positionen erfolgen, da die Anordnungen von Einspritzdüsen oder Zündeinheiten konstruktiv frei am Kompressionszentrum gewählt werden können. Die Ölversorgung für die hydrodynamische Lagerung der Kolbenstangenführung kann auch zur Kolbenbodenkühlungsdüse erweitert werden. Damit die Überhitzungsprobleme bei Gegenkolbenverbrennungsanwendungen gelöst sind.
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Im Vergleich zum Kurbeltrieb ist der Nutzungsprozess der erfindungsgemäßen Arbeitsmaschine mit jeder Umdrehung als Eintaktverfahren zu sehen, weil alle 180° eine Krafteinleitung und eine gegenüberliegende Kraftnutzung erfolgt. In Anlehnung an den thermodynamischen Kreisprozess bedeutet das eine erhebliche Wirkungsgradverbesserung. Da auf 360° verteilt, ein stetiger Nutzen der zugeführten Energie verwendbar ist.
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Dies alles ist ein komplett neues Nutzungsverfahren, das mittels wissenschaftlichen Potenzialstudien genauer beschrieben werden kann.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Sämtliche aus den Ansprüchen und der Beschreibung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Andere Aufbauvarianten und Adaptierungsteilungen der Offenbarung sind möglich und sie können auf verschiedene Art und Weise in die Praxis umgesetzt oder durchgeführt werden.
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Bezugszeichenaufstellung
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Zugbahn der Systemkurvenwelle
- 3
- Druckbahn der Systemkurvenwelle
- 4
- Kraftbrücke asymmetrisch
- 5
- Kraftbrücke symmetrisch
- 6
- Druckrolle
- 7
- Zugrolle
- 8
- Kolbenstangenführung
- 9
- Kolbenstange
- 10
- Einlasskanal
- 11
- Kolben zur Steuerung des Einlasses
- 12
- Auslasskanal
- 13
- Kolben zur Steuerung des Auslasses
- 14
- Kolben-Zylinder-Einheit
- 15
- Entkopplung von der Umfangsgeschwindigkeit
- 16
- Umfangslagerung
- 17
- Drehschieberventil
- 18
- Symmetrische Kraftbrücke mit Hydraulikkolben
- 19
- Verzahnung
- 20
- Systemkurvenwelle