DE2654629A1

DE2654629A1 - Pendelkolbenmotor in verbindung mit einer einrichtung zur erzeugung elektrischer spannungen und stroeme

Info

Publication number: DE2654629A1
Application number: DE19762654629
Authority: DE
Inventors: Georg Sontheimer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-12-02
Filing date: 1976-12-02
Publication date: 1978-06-08

Description

Pendelkolbenmotor in Verbindung mit einer Einrichtung zur
Erzeugung elektrischer Spannungen und Ströme.
Der Pendelkolbenmotor nach der Erfindung ist im Prinzip, nicht aber nach der Arbeitsweise, vergleichbar mit dem Treibgaserzeuger oder Freikolbenverdichter. Dieser dient zur Erzeugung von Treibgas, dessen Strömungsenergie in einer Gasturbine in mechanische Energie umgewandelt wird. Eine Direktumwandlung der erzeugten Verbrennungsenergie in elektrische Energie ist nicht bekannt. Eine Dirktumwandlung der erzeugten Verbrennungsenergie in mechanische Energie ist praktisch nicht möglich, da diese über kompliziert arbeitende Zahnstangenantriebe erfolgen müßte.
Die Arbeitsweise eines Freikolbenmotors ist mit folgendem beschrieben: Zwei Kolben arbeiten abwechselnd auf einen Brennraum. Die erforderliche Verbrennungsluft wird durch einen jedem Kolben angeschlossenen Ansaug- und Vorverdichtungskolben dem Brennraum zugeführt. Die Energie der im Brennraum erzeugten Verbrennungsgase wird in einer Gasturbine in mechanische Energie umgewandelt (Dubbels Taschenbuch 1966, Band II, Seite 38).
Der Pendelkolbenmotor nach der Erfindung ist im Prinzip, nicht aber nach der Kraftumwandlung, vergleichbar mit üblichen Otto-und Dieselmotoren. Diese wandeln ihre im Verbrennungsraum mit bestimmten, wenig wählbaren Betriebstoffen erzeugte Verbrennungsenergie mit Hilfe eines Kurbeltriebes in mechanische Energie um.
Eine Direktumwandlung in elektrische Energie ist dabei nicht möglich. Der Einsatz von hochbrisanten Betriebstoffen, wie z.B.
Wasserstoffgas, Alkohol oder dergleichen, sind nicht vorgesehen und wegen der dabei sich ergebenden abnorm hohen Festigkeits-und Lebensdauerverminderung der relativ unelastischen Kurbeltriebe praktisch nicht möglich.
Die Arbeitsweise eines Zweitakt- oder eines Viertakt- Otto- oder Dieselmotors sind bekannt und werden daher nicht beschrieben.
Die vorliegende Erfirdrng betrifft einen Pendelkolbenmotor in Verbindung mit einer Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Spannungen und Ströme, insbesondere für Kraftfahrzeuge und Großanlagen (Fig. 1) und 2)), bei dem mindestens zwei, vorzugsweise im üblichen Zweitakt- und Gleichdruckverfahren arbeitende Pendelkolben-Verbrennungsmotore (1) und (2), bei denen die Kolben (la) und (2a), die durch eine Verbindungsstange (3) miteinander verbunden sind, in einem Zylinderraum (lb) und (2b) sich hin- und zurückbewegen können, wobei die vor den Kolben (la) und (2a) befindlichen Räume (4) und (5) Verdichtungs- und Verbrennungsräume und die hinter den Kolben (la) und (2a) befindlichen Räume (4a) und (5a) Ansaug- und Vorverdichtungsräume sind, sowie im zwischen den Räumen (4a) und (5a) befindlichen, nach Fig. 1) Raum (6) eine Art Bandgenerator (7) mit einem vorzugsweise Elektromagnet (7a) untergebracht ist, dessen Magnetfeld vorzugsweise durch einen Gleichstrom erzeugt wird und von der sich hin- und zurückbewegenden, aus entsprechendem Material bestehenden Verbindungsstange (3),oder von an dieser angeschlossenen Nebenstangenl durchschnitten wird, wodurch ein elektrischer Strom entsteht, der an den Schleifkontakten (7b) und (7c) abgenommen und zweckmäßig dem mit einem üblichen Spannungsregler ausgerüsteten Transformator (8) zugeführt wird, von dem der Strom reguliert dem Verbraucher zufließt, - oder im nach Fig. 2) Raum (6a) ein auf der Verbindungsstange (3) befestigter Kolben (9) im Takt der Kolben (la) und (2a) bewegt wird und dabei ein Strömungsmittel (10) (ein Gas oder eine Flüssigkeit) über die Kanäle (11) und (lla) hin- und zurückschiebt, das durch einen üblicherweise als MHD-Generator bezeichneten Strömungsgenerator (12) geführt wird, wobei es ein von einem vorzugsweise Gleichstrom-Elektromagneten (12a) erzeugtes Magnetfeld schneidet, wodurch ebenfalls ein elektrischer Strom entsteht, der an den Kontakten (12b) und (12c) abgenommen und zweckmäßig dem mit einem üblichen Spannungsregler ausgerüsteten Transformator (13) zugeführt wird, von dem der Strom reguliert dem Verbraucher zufließt.
Zur gründlichen Spülung der Verbrennungsräume (4) und (5) mittels Nachladeluft wird die Restenergie der durch die Öffnung (4c) abströmenden Verbrennungsgase in bekannten Turbogebläsen (4b) und (5b) ausbewertet, indem durch diese atmosphärische Luft verdichtet und über die Ventile (4c) und (5c), die Räume (4a) und (5a) und den Überströmkanälen (4d) und (5d) in die Räume (4) und (5) weitergeleitet wirdJ Durch variable Änderung des Inukionstromes in den Spulen des Elektromagneten (7a) nach Fig. 1), beziehungsweise, durch variabel veränderliche Kurzschaltung des Strömungsmittels (10) durch das Ventil (14), und oder durch variable Änderung des Induktionsstromes in den Spulen des Elektromagneten (12a) nach Fig. 2), kann die Leistung, beziehungsweise, der Widerstand der Generatoren (7) und (12) der variabel veränderlichen Betriebstoffzuführung, beziehungsweise, der variabel veränderlichen Leistung der Pendelkolbenmotoren (1) und (2) angepaßt werden, was vorzugsweise in Verbindung mit der Regelung der Betriebstoffzuführung (4f) und (5f), und mit deren Regelorgane erfolgt.
Der Glühboden (lc) und (2c) ermöglicht eine zündkerzenfreie sichere Zündung des vorzugsweise eingespritzten Betriebstoffes.
Die Strömungskammer (12d) des Strömungsgenerators (12) nach Fig. 2) kann zur Erreichung eines verstärkt wirkenden Magnetfeldes in mehrere schmale Einzelkammern unterteilt sein, wie in Fig. 3) dargestellt ist.
Bei Pendelkolbenmotoren in Verbindung mit einer Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Spannungen und Ströme nach der Erfindung können jede Art gasförmiger und'flüssiger Betriebstoffe mit größter Wirtschaftlichkeit in elektrische Energie umgewandelt werden. Insbesondere können hochbrisante Betriebstoffe, wie Wasserstoffgas, Alkohole oder dergleichen selbst in purer Form, gefahrlos zur Verwendung kommen, da die elastischen Umwandlungsträger (Magnetfeld nach Fig. 1) oder Strömungsmittel und oder Magnetfeld nach Fig. 2)) das Auftreten von Druck- beziehungsweise Spannungsspitzen verhindern. Die Verwendung der zuvor genannten Betriebstoffe hat außerdem den Vorteil, daß in den Abgasen so gut wie keine Schadstoffe anfallen, die Betriebstoffe im eigenen Land vorhanden sind und deshalb die Volkswirtschaft unabhängig macht von äußeren Energiezwangsmaßnahmen, wie Liefereinschrankungen und daraus erwachsenden Energiekrisen.
Aber auch andere Betriebstoffe, wie Grubengas, Teeröle, Abfallöle und dergleichen sind in Motoren nach der Erfindung verwendbar.
Die Abgase aus diesen Betriebstoffen sollten jedoch tunlichst gefiltert werden, bevor sie an die Umwelt abgegeben werden.
Mit Großanlagen von batterienseise zusaiamtngefaßten, den Leistungen heutiger Atomkraftwerke angepaßten Pendelkolbenmotoren in Verbindung mit einer Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Spannungen und Strömen nach der Erfindung kann der Bau von Atomkraftwerken eingeschränkt werden. Letztere gefährden infolge ihres konzentrierten Anfalls des hier sehr großen Anteils an Abwärme und aufgrund des Anfalls gefährlicher Abfälle, die Jahrtausende zur Regenwerierung brauchen, die Umwelt.
Bei Anlagen nach der Erfindung ist die Umwelt nicht geschädigt.
Außerdem können die Anlagen in aufgeteilten Größen gebaut werden, so daß der anfallende, hier wesentlich kleinere Anteil an Abwärme auf größere Regionen sich verteilt und deshalb ungefährlich ist.
Die anfallenden Abgase sind an und für sich ungefährlich und regenerieren sich von selbst in kürzester Zeit.
Die Anlagen nach der Erfindung sind außerdem flexibel schalt-und einsetzbar, indem bei großem Energiebedarf viele der vorhandenen Motorenbatterien eingesetzt werden, während bei kleinerem Bedarf Motorenbatterien abgeschaltet werden können.
Die Zeichnung zeigt Beispiele von Pendelkolbenmotoren in Verbindung mit einer Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Spannungen und Ströme nach der Erfindung: In Fig. 1) sind (1) und (2) Zweitakt-Gleichdruck-Pendelkolben-Motoren. (la) und (2a) sind Kolben, die mit üblichen Absperrnasen (ld),(le) und (2d),(2e), sowie mit Kolbenringen (lf) und (2f) ausgerüstet sind und in den Zylinderräumen (lb) und (2b) längs frei beweglich, gegen Drehung jedoch gesichert und miteinander durch die Stange (3) verbunden sind. Die Räume (4) und (5) sind die Verdichtungs- und Verbrennungsräume. Die Räume (4a) und (5a) sind die Ansaug- und Vorverdichtungsräume. Durch die vorzugsweise selbständig arbeitenden Ventile (4c) und (5c) wird atmosphärische Luft angesauget. (4d) und (5d) sind Uberströmkanäle üblicher Bauart und (4e) und (5e) sind Auslaßöffnungen für die Abgase, die hier die Turbogebläse (4b) und (5b) antreiben, bevor sie an die Atmosphäre abgegeben werden.
Im Haum (6) befindet sich der Bandgenerator (7) mit dem Elektromagneten (7a) und den chleifkontakten (7b) und (7c) mit denen der erzeugte elektrische Strom abgenommen wird. (8) ist ein Transformator mit Spannungsregler.
In Fig. 2) sind (1) bis (5) die gleiceeYl Teile, wie in der Beschreibung von Fig. 1) aufgezeigt ist. Der Raum (6a) ist hier mit einem Strömungsmittel (10) für den Strömungsgenerator (12) gefüllt, das vom Kolben (9), der auf der stange (3) befestigt ist, über die Kanäle (11) und (lla) dem Generator (12) mit dem Elektromagnet (12a) zu- und wieder rückgeführt wird. An den Kontakten (12b) und (12c) wird der erzeugte elektrische Strom abgenommen. (13) ist ein Transformator mit Spannungsregler.
Die Arbeitsweise eines Zweitakt-Gleichdruck-Pendelkolben-Motors in Verbindung mit einer Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Spannungen und Ströme nach der erfindung in der Ausführung nach Fig. 1) ist wie folgt: In der innersten Lage des linken Kolbens (1a), wenn der Raum (4) am größten und der Raum (4a) am kleinsten ist, strömt im Haum (4a) vorverdichtete atmosphärische Luft über den Kanal (4d) in den Raum (4) und spült die Abgasreste der letzten Verbrennung aus diesem durch die Auslaßöffnung (4e). In dieser Stellung befindet sich der mit dem Kolben (la) durch eine stange (3) verbundene rechte Kolben (2a) in der äußersten Lage, in der der Raum (5) am kleinsten ist und die darin eingeschlossene atmosphärische Luft sich in komprimiertes Zustand befindet. iiach der Einspritzung des Betriebstoffes wird der Kolben (2a) nach innen und der mit der Stange (3) mit ihm verbundene Kolben (la) nach außen bewegt, wobei der Raum (4) verkleinert und die darin befindliche atmosphärische Luft, nachdem die uffnungen des kanals (4d) und des Außlasses (4e) durch die Kolbennasen (ld) und (le) geschlossen wurden, komprimiert wird. Gleichzeitig wird der Raum (4a) vergrößert, wodurch über das Ventil (4c) atmosphärische Luft angesaugt wird. In der äußersten Lage des Kolbens (la) wird in den Raum (4) Betriebstoff eingespritzt, der sich am Glühboden (lc) entzündet und den Kolbeij (la) in die innere Lage zurückbringt, wobei nach dem freiwerden der Åuslaßöffnungr (4e) durch die Kolbennase (1v1) die Abgase abströmen und nach dem freiwerden der Uberströmkanalöffnung (4d) durch die Kolbennase (le) die bei der Verkleinerung des iiaumcs (4a) vorkomprimierte atmosphärische Luft in den sich ver£rörernden Raum (4) überströmt.
Gleichzeitig wurde über die Verbindungsstange (3) der Kolben (2a) in die äußerste Lage tãeschoben wobei die im Raum (5) befindliche atmosphärische Luft, wie beschrieben, komprimiert und der eingespritzte Betriebstoff entziindet wird, was im weiteren abwechselnd beim Pendelkolbermotor (1) und (2) erfolgt.
Die von den Kolben (la) und (2a) erzeugte überschüssige Schubkraft wird im Generator ;7) in elektrischen Strom umgewandelt, der an den Schleifkontakten (7b) und (7c) abgenommen und vom Transfärmator (8) auf eine brauchbare konstante Spannung gebracht wird. Zweckmäßig läßt man den Pendelkolbenmotor in einer Taktzahl von 3000 ilüben je iinute arbeiten, was einer üblichen Motordrehzahl von 3000 Up entspricht, wobei die Wechsel der Bewegungsrichtung der den elektrischen Strom erzeugenden Verbindungsstange (3) 50 in der Sekunde beträgt. Dadurch wechselt auch die Stromrichtung 50 mal in der Sekunde. Es entsteht also ein Wechselstrom von 50 Hertz, was iiblich ist. Die Periodenzahl kann aber; ohne Schwierigkeiten zu bereiten, auch höher oder niedriger liegen.
An Stelle des beschriebenen Generators (7) können auch zwei Tauchspulen zur Stromerzeugung verwendet werden, von denen die eine auf der Verbindungsstange (3) befestigt ist und die von den Kolben (la) und (2a) erzeugten Pendelbewegungen mitmacht, während die andere Spule im Raum (6) befestigt ist.
Eine der Spulen, die vorteilhaft mit einem Eisenkern versehen ist, wird mit einem vorzugsweise Gleichstrom beschickt, während an der anderen Spule der in ihr erzeugte elektrische Strom über die Kontakte (7b) und (7c) abgenommen wird und wie beim Generator (7) dem Transformator (8) zugeführt wird.
Die Arbeitsweise eines Zweitakt-Gleichdruck-Pendelkolben-Motors in. Verbindung mit einer Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Spannungen und Ströme nach der Erfindung in der Ausführung nach Fig. 2) ist wie folgt: Die Arbeitsweise der Pendelkolbenmotore (1) und (2) ist die selbe, wie in der Beschreibung von Fig. 1) aufgezeigt ist.
Die von den Kolben (la) und (2a) erzeugte überschüssige Schubkraft wird hier von dem im Raum (6a) befindlichen, mit der Verbindungsstange (3) fest verbundenen Kolben (9) auf das Strömungsmittel (10) übertragen, das durch die Kanäle (11) und (lla) zum Generator (12) zu- und wieder rückgeführt wird, wobei es das Magnetfeld des Magneten (12a) schneidet und einen elektrischen Strom erzeugt, der an den Klemmen (12b) und (12c) abgenommen und vom Transformator (13) auf eine brauchbare Spannung gebracht wird. Auch hier ist es zweckmäßig, den Pendelkolbenmotor in einer Taktzahl von 3000 üben je Minute arbeiten zu lassen, um zu einem Wechselstrom von üblicherweise 50 Hertz zu kommen, was jedoch nicht absolut erforderlich ist: Leerseite

Claims

Patentans;rüche: 1) Pendelkolbenmotor in Verbindung mit einer Sinrichtung zur Erzeugung elektrischer Spannungen und Ströme, insbesondere für Kraftfahrzeuge und Großanlagen nach Fig. 1) und 2), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei vorzugsweise im üblichen Zweitakt-Gleichdruck-Verfahren arbeitende Pendelkolben-Verbrennungsmotore (1) und (2), bei denen die Kolben (la) und (2a), die durch eine Verbindungsstange (3) miteinander verbunden sind, in einem Zylinderraum (lb) und (2b) sich hin- und zurückbewegen können, wobei die vor den Kolben (la) und (2a) befindlichen Räume (4) und (5) Verdichtungs- und Verbrennungsräume und die hinter den Kolben (la) und (2a) befindlichen Räume (4a) und (5a) Ansaug- und Vorverdichtungsräume sind, sowie im zwischen den Räumen (4a) und (5a) befindlichen, nach Fig. 1) Raum (6) eine Art Bandgenerator (7) mit einem vorzugsweise Zlektromagnet (7a) untergebracht ist, dessen Magnetfeld vorzugsweise durch einen Gleichstrom erzeugt wird und von der sich hin und zuriickbewegenden, aus entsprechendem Material bestehenden Verbindungsstange (3)oder von an dieser angeschlossenen Nebenstangen'durchschnitten wird, wodurch ein elektrischer Strom entsteht, der an den Schleifkontakten (7b) und (7c) abgenommen und zweckmäßig dem mit einem üblichen Spannungsregler ausgerüsteten Transformator (8) zugeführt wird, von dem der Strom reguliert dem Verbraucher zufließt, - oder im nach Fig. 2) Raum (6a) ein auf der Verbindungsstange (3) befestigter Kolben (9) im Takt der Kolben (la) und (2a) bewegt wird und dabei ein Strömungsmittel (10) (ein Gas oder eine Flüssigkeit) über die Kanäle (11) und (lla) hin- und zurückschiebt, das durch einen üblicherweise als MHD-Generator bezeichneten Strömungsgenerator (12) geführt wird, wobei es ein von einem vorzugsweise Gleichstrom-Elektromagneten (12a) erzeugtes Magnetfeld schneidet, wodurch ebenfalls ein elektrischer Strom entsteht, der an den Kontakten (12b) und (12c) abgenommen und zweckmäßig dem mit einem üblichen Spannungsregler ausgerüsteten Transformator (13) zugeführt wird, von dem der Strom reguliert dem Verbraucher zufließt.
2) Pendelkolbenmotor nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß zur gründlichen Spülung der Yerbrennungsräume (4) und (5) mittels Nachladeluft, die Restenergie der durch die Öffnung (4c) abströmenden Verbrennungsgase in bekannten Turbogebläsen (4b) und (5b) ausgewertet wird, indem durch diese atmosphärische Luft verdichtet und über die Ventile (4c) und (5c), die Räume (4a) und (5a) und den UberstrciXanålen (4d) kann (5d) in die Räume (4) und (5) weitergeleitet wird.
3) Pendelkolbenmotor in Verbindung mit einer Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Spannungen und Ströme nach den Ansprüchen 1) und 2), dadurch gekennzeichnet, daß durch variable Änderung des Induktionsstromes in den Spulen der Elektromagnete (7a) und (12a) die Leistung, beziehungsweise, der Widerstand der Generatoren (7) und (12) der variabel veränderlichen Betriebstoffzuführung, beziehungsweise, der variabel veränderlichen Leistung der Pendelkolbenmotoren (1) und (2) angepaßt wird.
4) Pendelkolbenmotor in Verbindung mit einer Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Spannungen und Ströme nach den Ansprüchen 1) bis 3), dadurch gekennzeichnet, daß durch variabel veränderliche Kurzschaltung des Strömungsmittel (10) durch das Ventil (14) die Leistung, beziehungsweise, der Widerstand des Generators (12) der variabel veränderlichen Betriebstoffzuführung, beziehungsweise, der variabel veränderlichen Leistung der Pendelkolbenmotoren (1) und (2) angepaßt wird.
5) Pendelkolbenmotor in Verbindung mit einer Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Spannungen und Ströme nach den Ansprüchen 1) bis 4), dadurch gekennzeichnet, daß die variabl veränderliche Einregulierung der Elektromagnet-Feldstä'rke und oder des Strömungsmittelflusses in Verbindung mit der Regelung der Betriebstoffzuführung und mit deren Regelorgane erfolgt.
6) Pendelkolbenmotor nach Anspruch 1), dadurch gekennzeichnet, daß zur Zündung des Betriebstoffes Glühböden (lc) und (2c) vorgesehen sind.
7) Pendelkolbenmotor in Verbindung mit einer Einricatung zur Erzeugung elektrischer Spannungen und Ströme nach den Ansprüchen 1) bis 6), dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskammer (12d) des Strömungsgenerators (12) nach Fig. 2) zur Erreichung eines verstärkt wirkenden Magnetfeldes in mehrere, relativ schmale Sinzelkammern (12e) unterteilt sein kann, wie in Fig. 3) dargestellt ist.
8) Pendelkolbenmotor in Verbindung mit einer Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Spannungen und Ströme nach den Ansprüchen 1) bis 6), dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Generators (7) zwei Tauchspulen zur Stromerzeugung verwendet werden, von denen die eine auf der Veruindungssbange (3) befestigt ist und die von den Kolben (la) und (2a) erzeugten Pendelbewegungen mitmacht, während die andere Spule im Raum (6) befestigt ist.

Eine der Spulen, die vorteilhaft mit einem Eisenkern versehen ist, wird mit einem vorzugsweise Gleichstrom beschickt, während an der anderen Spule der in ihr erzeugte elektrische Strom über die Kontakte (7b) und (7c) abgenommen wird und wie beim Generator (7) dem Transformator zugeführt wird.

Ende.