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Der Zweiwellen- Eintaktmotor
- 270° Expansionsmotor oder Einflügelmotor-           

Der Zweiwellen- Eintaktmotor gehört in die Kategorie der außenachsigen Drehkolbenmotore (DKM).
Dieses Konzept  ist der kostengünstige Anfang  zum Bau eines  Prototyps. Für die weitere Entwicklung, bis hin zum wärmeisolierten Motor ist dieses Konzept sehr gut geeignet.
Es ist die erste konstruktiv zusammengestrichene Ausführung zu einem variablen Eintaktmotor mit überlanger Expansionsstrecke.
Das erweiterte Konzept ist der Dreiwellen Eintaktmotor, der als Basismotor zur Notwendigkeit wurde, um die Entwicklungslücke zur konventionellen Gasturbine zu schließen. Typ A-V-A   (Impulsradialturbine).
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Die einfache Zahnrad- Pumpe beschäftigte Erfinder und Konstukteure über Jahrzehnte. 1866 wurde das von Roots patentierte Gebläse bekannt welches auch als Motor zu bauen erwogen wurde.  Ein Erfolg blieb aber aus, oder stellte sich als undurchführbar heraus.
Ein anderer  Beweis für die schwierige Konzeptsuche, sind die vielen Patentschriften die ein Einordnen und Wiedeauffinden einer Motorkonstruktion auf einer Drehkolben- Basis kaum ermöglichen.
Eine vollkommene Erfassung von Rotationskolbenmaschinen wurde daher kaum möglich.
Die Vielzahl der Patentschriften nährten den Verdacht, dass es praktisch kaum möglich ist einen Drehkolbenmotor zu bauen.
Mit einem Rotationskolbenmotor, der als Wankelmotor bekannt wurde hatte man mehr Glück. Auch dieser Motor bot aber zum normalen Automobilmotor keine Alternative.
Die Funktion  war auch diesmal das Viertaktprinzip. Das Viertaktprinzip behinderte auch hier eine Verbesserung der Verbrennung damit auch den Wirkungsgrad. 
Natürlich hat man in der ersten Euphorie scheinbar vergessen, dass nach dem Viertaktprinzip den Wirkungsgrad nicht verbessert werden kann, auch nicht bei einem   Kreiskolbenmotor.
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Eine vergessene Entwicklung verspricht das Eintaktprinzip. Es ist das Prinzip der Expansionsdampfmaschine.
D.h. beim Otto- und Dieselmotoren stagnierte der Wirkungsgrad - und bei Drehkolben- Motoren verschlechterte sich der Wirkungsgrad durch das Viertaktprinzip.

Die konstruktiven Möglichkeiten beim Bau von Drehkolbenmotoren - sind groß, so dass sich Konstruktionen ggf. gegenseitig behindern.

Für die Konstruktion von Drehkolbenmaschinen gilt :
Je höher die Explosionsdrücke um so breitere Dichtflächen am Kolben zur Zylinderwand. Je höher die Drehzahlen um so schmaler dürfen die Dichtflächen (Spaltflächen) sein.

Die Zahnradpumpe:

                                               bild zahnradpump1.jpg (7444 Byte)                                                        

Diese einfache Konstruktion regte Generationen von  Erfinder an. Man versuchte in Tausenden Konstruktionen einen Motor daraus abzuwandeln was aber nie zum Erfolg führte.
Aus dem Jahre  1880 ist ein Dampfmotor bekannt, der durch eine einfache und logische Konstruktion besticht. Der Motor  wurde  Vorbild für viele Erfindungen. Die Verzahnung findet man in unzähligen Patentschriften wieder.
Bei diesem sogenannten Zweiwellenmotor wurden für Erfinder  Vorteile sichtbar,   um einen Verbrennungsmotor auf diesem Prinzip zu bauen.Das ist verständlich, denn einDampfmotor oder Maschine sind Eintakt-Kraftmaschinen.Der untenstehende Dampfmotor ist zwar in der  Anwendung klar, die Fachleute damals ist mit der Beurteilung in dieser Zeit war zwar nicht gut, denn es wurde nach dem Wirkungsgrad, dem Kohlenverbrauch für die Dampferzeugung.  geurteilt werden.

m18080.jpg (8272 Byte) bild
                    

Eine kontinuierliche Dampfzufuhr trieb diesen Motor ohne Expansionsmöglichkeit an.
Daher war der Wirkungsgrad sehr schlecht, was auch erkannt wurde.
Viele Erfinder sehen in dieser Konstruktion die erste Idee>   den Dampfmotor automobiltauglich zu machen.

Die Bilder zeigen die ersten Schritte zum Zweiwellenmotor.
Der Motor von 1880  arbeitete als Volldampfmotor, bei dem  die Beurteilung, die   nicht sehr günstig ausgefallen ist . Es ist erwähnenswert, dass die Beurteilung nicht für den Motor sprach, denn eine Expansion kam hier nicht zur Anwendung. <Beurteilung von damals>

Um 1800  reichte das Wissen nicht, um aus dem oben eingeschlagenen Weg einen brauchbaren Verbrennungsmotor zu konzipieren, heute reicht der Mut nicht um die Vorurteile abzulegen.

Man ist sich einig, dass eine Alternative zum Ottomotor fehlt, man ist aber nicht bereit bzw.  in der Lage, hypothetische Anregungen zu dem Thema aufzuarbeiten, damit endlich etwas gegen Energieverschwendung durch den Otto- Viertaktmotor  unternommen wird.

In einer Frage aber gibt es keinen Widerspruch. Der einflüglige Zweiwellenmotor ist als voll wärmeisolierter Motor,  der kostengünstigste und schnellste Entwicklungsanfang um zu einem effizienten PKW- Motor zu kommen.
Dieser bis auf die letzte überflüssige Schraube abgespeckte Motor ist in allen Leistungsgrößen und Varianten zu bauen,

Ein derart einfaches, breitbandig angelegtes Konzept kann sich in der Entwicklungsphase kaum festfahren.
Dieser Zweiwellenmotor ist natürlich auch mit einem zwei- oder mehrflügligen Drehkolben zu betreiben. oder es ist der Motor auch  mit mehreren einflügligen Arbeitszellen auf einer gemeinsamen Achse zu betreiben.

Nachfolgend wird der Weg dieser Entwicklung aufgezeigt:                                             

                                                                                 einflarbeit.jpg (23641 Byte)

          bild 

                      
Die Zeichnung nach Fig.24 zeigt die äußerste, noch mögliche konstruktive Reduzierung des Eintaktmotors.
(54) ist die Haupt- Drehkolbenwelle für den Drehkolben (18),  (55) die Steuerwelle für die Sperrwalzen (6)

Die Vorteile aus dieser Konstruktion:
> Das Eintaktprinzip der Expansionsdampfmaschine wird genutzt
> 270° Kolbenweg für Explosion und Expansion
> Vollwärmeisolierung des Motors, für den Arbeitsraum (Zylinder)
> Rekuperative Ansaugluftvorwärmung
> Kämmeingriff als ca. voller Kreis, daher selbstreinigend, auch bei hohen Temperaturen
> Kolbenabdichtung durch Abbrand (selbstanpassend)
> Einer extrem große Kolbenfläche ist möglich
> Kraftstoffaufbereitung im kalten  Verdichter
> Langsamer  Lauf im untersten Drehzahlbereich und damit verbunden eine lange Lebensdauer
> Eine Direktladung aus den beiden Verdichtern (links und rechts)
> Expansion bis auf niedrigste Temperaturen - und damit kalte  Abgase
   mit der Möglichkeit der rekuperativen Vorwärmung - nach der Verdichtung.
> Ruhiger Lauf durch einfachen Unwuchtausgleich
> Genügend Kolbenweg für eine variable Explosionsverbrennung und Expansion
> Einfache Bauelemente für die vorgesehene Dünnwandtechnik
> Baukastentechnik - Zusammensetzung und Motorverbreiterung durch gleiche Bauelemente
> Ermöglicht einen mit wenig Aufwand und kostengünstig  herzustellenden Prototyp
> Überschaubarer Entwicklungs und Konstruktionsaufwand.

Aus dem beim Eintaktmotor üblichen Segment-Hubzylinder ist ein Ringzylinder (4) geworden.
Der nutzbare Hub am Teilkreis beträgt ca. 270° Winkelgrade.
In diesem extrem langen Hub ist bequem der Raum für die Explosionsverbrennung und der Expansionsraum ohne Nachverbrennung unterzubringen. D.h. Expandiert wird ohne weitere Wärmezufuhr (Flammfront)

1. Der Zweiwellenmotor ist besonders gut geeignet, um mit extern gespeicherter Druckluft betrieben zu werden. Ist aber auch als Typ D-A-D Dampfmotor als Automobilmotor geeignet.

2. Der Zweiwellen - Eintaktmotor  ist als Heißgas bzw. Heißluftmotor als Alternative zum Stirlingmotor geeignet.
Mit nur einem Flügel erzeugt dieser Motor auf der Flügel-Rückseite ein lang   andauerndes  Vakuum zum Kühler hin und das bei einer überlangen Expansionsstrecke.

Siehe <schnelllaufender Stirlingmotor>   < Turbo- Antrieb> 

Eine Besonderheit ist nicht zu vergessen, denn ca. 1980  kam der <Drehzahnkompressor> auf den Markt, der  bekannt ist und deshalb  stets in der Diskussion um den Eintaktmotor zur Sprache kommt.

Das System der Basisversion Eintaktmotor  <Typ V -A -V>*   oder auch  <Typ A - V - A>  wird  auch hier übernommen. Das Kapitel <Basisversion> ist dazu aussagekräftiger

*Zu der Motor- Grundtype V-A-V hat der Einflüglige - Zweiwellenmotor den Nachteil, die Doppelnutzung des Zylinders ist nicht gegeben und das Drehmoment wird nicht symmetrisch auf die Welle übertragen.
Der lange Expansionsweg und ein vergrößerter Drehflügel gleichen die Nachteile aus!

Der Zweiwellenmotor (Fig.24) kann wahlweise durch zweiflügligen Verdichter (Fig.23) oder durch einflüglige Verdichter (Fig. 25) geladen werden.      < Expansion der Verbrennnungsgase 4 Takt und 1 Takt? >


Der zweiflüglige Verdichter:


Der zweiflüglige Verdichter begünstigt den ruhigen Lauf und ist mit einem großen Schöpfvolumen zur einflügligen Motorzelle vorgesehen.

(17) ist die Kraftstoffzufuhr,   (16)  der Frichluft-Ansaugkanal,  (9) Überströmkanal für das zwischen 2 und 5bar verdichtete Gemisch.

einflverd2.jpg (22161 Byte)

                                      bild

In (16) wird die Luft angesaugt in (17) der Kraftstoff eingespritzt,  (9) ist das Rückschlag- Blattfederventil mit dem Ladekanal.

Ob zweiflüglige Verdichter  oder  einflüglige Verdichter den Motor laden, ist von der Motordrehzahl abhängig. Bei hoher Drehzahl erzeugt der einflüglige Verdichter einen höheren Ladedruck.

Eine Umkehrung des Verdichters zur Motorzelle ist möglich, darauf sei hingewiesen.

einflverd1.jpg (23245 Byte)
bild

                                    

Der Zweiwellenmotor in  voll wärmeisolierter Dünnwandausführung
Siehe dazu die <WIM - Ausführung>

einflisola.jpg (10271 Byte)

 

Rot eingezeichnet erkennt man die Dünnwandausführung. Es ist praktisch ein aus hitzebeständigen Blech hergestellter Hohlkörper oder ein spanabhebend gefertigter Körper.
Je nach Motorgröße sind diese Wälzkörper - Drehkolben und Sperrwalzen und Zylinder als Feingußteile im Wachsauschmelzverfahren rationell und metallsparend herzustellen.

Ein so konzipierter Motor als leistungsfähiger Kleinmotor ist universell einsetzbar. Z.B., als Rasenmäher- Motor oder als Fahrrad- Hilfsmotor einzusetzen   usw.
Das schließt aber nicht aus,  den Motor als PKW oder als großen Kraftwerksmotor einzusetzen.

Durch die sehr kleinen Explosionsportionen mit nachfolgender Expansion, wird der Motor ruhig, was ein nicht unterschätzender Vorteil für die Lebensqualität ist.

Diese Ausführung ist wegen der unbegrenzten - variablen Expansionsmöglichkeit besonders als Heißluft bzw. <Heißgasmotor> geeignet.

Siehe dazu die Themen  <Vorteile der Dünnwandausführung>   der  <Klein und Großmotor> und auch die Ausführungen im Kapitel <Basismotor> sind in diesem Zusammenhang aufschlußgebend.

    Zu den Vorteilen des einflügligen Konzeptes gehören:

1. Der einfache Aufbau, so dass der Prototyp mit überschaubaren Kosten gebaut werden kann Änderungen
    Anpassungen      und Erweiterungen zur Leistungssteigerung und  wahlweise Erweiterung.
2. Die enorme Hubverlängerung und Verbrennungszeitgewinn auch bei einer Explosionsverbrennung in
    Drehrichtung.
3. Vergrößerung vom Explosions-Verbrennungsraum bei Magergemisch und
    Einhaltung einer ausreichenden Expansionsstrecke bis zum Auspuff.
4. Ladedruckerhöhung auch bei niedriger Drehzahl
5. Sehr gut als wärmeisolierter Motor geeignet (kleine Flächen, effektive Vakuumisolierung.)

Entwurf  zu einem Zweiflügel- bzw. Einflügelkolben  für Direktladung

An der bemaßten Zeichnung erkennt man den 30 mm Durchmesser für den Drehkolbenflügel. Die große Ausnehmung in der Sperrwalze dient als Verlängerung des durch ein Federrückschlagventil gesperrten Ladekanal.Besonders in langsam laufenden Motoren ist es eine ideale Möglichkeit über die 30 mm Ausnehmung direkt zu laden.

                                 bild

s9.jpg (30770 Byte)
                                               
 

Die kräftige Anbindung von 15 mm zur Nabe begünstigt eine Keramikausführung, ist aber auch bei der Gestaltung von hohlen Drehkörpern zweckmäßig.
Für eine Heißgasausführung bei niedrigen Temperaturen sind Teilkreisdurchmesser von 1000 mm für Großanlagen durchaus vorstellbar und machbar.

Der große Vorteil dieser Ausführung ist die niedrige Drehzahl, die eine einwandfreie Ladung erlaubt. Damit wird  eine hohe Lebensdauer, ein stabiles Drehmoment - bzw. Leistung erreicht.

Gelegentlich taucht eine vergessene Gegenargumentation zum Zweiwellenmotor auf,  die sich auf den <Drehzahnkompressor>   bezieht, weil hier auch das berührungslose Drehen und Ölfreiheit - angeblich  Merkmale sind,  die den Eintaktmotor berühren.

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Siehe in diesem Zusammenhang
<Der Eintakt - Heißgasmotor>
! außenbeheizt !