Sfærisk motor

Kugelmotor er navnet på elektriske motorer og forbrenningsmotorer i forskjellige varianter. Likheter kan i hvert tilfelle finnes i sfærisk form. På grunn av sin design er sfæriske motorer vanskelige å konstruere og produsere. Designene beskrevet nedenfor har grunnleggende tekniske forskjeller.

Konstruksjoner innen elektriske motorer

Selv-svimlende løper

Elektriske motorer med halvkuleformede hule statorer og matchende halvkuleformede rotorer som kjører uten aksel bare på en kulelager i det pumpede mediet kalles sfæriske motorer. De brukes som børsteløse DC-motorer i vannpumper ( oppvarming , sirkulasjon og service vannpumper ). Slike maskiner er bl.a. produsert av Laing og Vortex. Motorene krever ikke et løsrivningsmoment på grunn av lageret .

Tre-akset kjøring

Det er prosjekter for sfæriske motorer som treaksede direktedrev som robotdrev . Det er permanent magnet - skrittmotorer med en kuleformet rotor med pol plasser i 3 koordinater, som kan dreie sin utgangsaksel i to akser.

Konstruksjoner innen forbrenningsmotorer

Bær

  • Tegning fra US patent US3075506

  • Grunnleggende struktur for Berry sfæriske motor

  • Grunnleggende funksjonalitet til Berry sfæriske motor

  • Sfærisk motor av Frank Berry (animasjon)

Den første patenterte sfæriske motoren ble utviklet av Frank Berry i 1961 i USA. En trefunksjonell modell av Berry-motoren ble laget før Frank Berry døde i 1969 og motoren hans ble glemt.

Motoren består av to faste hus halvskaller som er skrudd sammen. Hvert halvskall er utstyrt med en kurveveiledning. Huset inneholder et innløp og en utløpsåpning samt et tenningskammer med tennplugg.

Motorens utgangsaksel, som er koblet til et bur, er montert i huset. Buret består av to sammenkoblede sfæriske segmenter (sfæriske hetter). Buret kan rotere rundt utgående aksel inne i huset. Hettene er forseglet mot huset ved hjelp av passende tetningsmidler (ikke vist). En burakse er anordnet mellom de to hettene.

To stempler er roterbart montert på buraksen og kan bevege seg mot hverandre som en saks. Hvert stempel har to kammer som griper inn i kamførerne på huset. Når stemplene beveger seg rundt buraksen, tvinger de styrte kamene buret til å rotere rundt utgående aksel. De ytre overflatene til stemplene er sfæriske, har et lite gap til husets indre overflate og er forseglet på passende måte mot huset (ikke vist).

Motorsyklusen begynner med stempler i kontakt med hverandre (“lukket saks”). Den komprimerte antennelige blandingen er plassert i tenningskammeret og mellom stemplene. Når tennpluggen tennes, blir stemplene kjørt fra hverandre og buret begynner å rotere rundt utgående aksel. Det er uklart hvordan rotasjonsretningen bestemmes (begge retninger er mulige). Som et resultat av burets rotasjon, kommer rommet mellom stemplene overfor forbrenningskammeret inn i innløpsåpningen, og blandingen suges inn i dette (ekspanderende) rommet. Etter en burrotasjon på 90 ° tvinger kamføreren en reversering av den relative bevegelsen til de to stemplene ved hjelp av kamene. Hvis buret fortsetter å rotere, når forbrenningskammeret området til utløpsåpningen, og avgassen drives ut mens den sugde blandingen komprimeres. Etter å ha dreid 180 ° er stemplene tilbake i tenningsposisjon. Syklusen starter på nytt, med forbrenning og kompresjonskamre som byttes.

Willimczik

  • Komponenter

  • Arbeids- og lasterom

  • Dreiemomentgenerering gjennom asymmetrisk trykkflate

  • animasjon

Wolfhart Willimczik foreslo tre varianter av en sfærisk motor i et DDR-patent, som var basert på konvertering av stempelbevegelsen til en rotasjonsbevegelse ved hjelp av en swash plate eller ved hjelp av gjensidig skrånende sjakter. Så vidt kjent er ingen fungerende motor implementert i henhold til disse forslagene. Det er gitt patent i Tyskland for en av de tre variantene. Den følgende beskrivelsen vedrører dette patentet. Som beskrevet nedenfor kan ingen motor realiseres med det foreslåtte konseptet. En modifisering av prinsippet muliggjør dette, som også forklart nedenfor.

Konstruksjonen består av et stasjonært hus, et indre legeme (stempelrotor) som kan rotere rundt akse AA og et ytre legeme (sylinderrotor) som kan rotere rundt akse BB. Aksene (eller de tilknyttede sjaktene montert i huset) er skrå mot hverandre. Aksene krysser seg i midten av det sfæriske hulrommet i det ytre legemet eller i midten av sfæren til den sfæriske rotoren. Så det er mulig at begge rotorene kan rotere med samme hastighet. Den sfæriske stempelrotoren beveger seg uten kontakt (bortsett fra de nødvendige tetningene) i sylinderrotorens skall.

Den sfæriske rotoren har en kilelignende utsparing som er forsynt med en tetningskant. Det sfæriske hulrommet i det ytre legemet er delt av en skillevegg som er forsynt med en tetningsstrimmel. Begge tetningselementene er i konstant (glidende) kontakt med det respektive andre legemet, slik at den samme rotasjonshastigheten til begge rotorene blir tvunget.

Gassinntaket og eksosutløpet må føres fra det stasjonære huset til tilsvarende kanaler i det roterende ytre legemet, som også inneholder overløpskanalen. Tenningsspenningen må også mates til den roterende sylinderrotoren. Disse detaljene vises ikke i de medfølgende bildene.

Når de sfæriske og sylinderrotorene roterer, er det to volumvariabler mellomrom som muligens kan brukes som laste- eller arbeidsrom for en motor i henhold til tidsprinsippet. Det største eller minste volumet oppnås etter en rotasjon på 180 °.

I rotorens tenningsposisjon er det ikke noe dreiemoment, ettersom arbeidsflatens trykkflater er symmetriske med aksene (trykk på skilleveggen eller kuleoverflaten på kulen). For rotasjonsvinkler> 0 ° og <180 ° blir trykkoverflaten asymmetrisk i forhold til aksen BB, og et moment som virker på utgangsakselen resulterer. Asymmetrien er størst ved en rotasjonsvinkel på 90 °. (Tetningskanten til den sfæriske rotoren når sin største tilbøyelighet til skilleveggen). Dreiemomentet forårsaker imidlertid ikke en rotasjon av utgående aksel, men prøver bare å vri sylinderrotoren og den sfæriske rotoren mot hverandre (noe som, som forklart ovenfor, ikke er mulig). Rotorene holder seg i ro. Konstruksjonen kan derfor ikke brukes som motor. Det som ville være nødvendig ville være et dreiemoment som virker på utgangsakselen, som støttes på det (stasjonære) huset (actio er lik reaksjon).

Animasjonen viser endringen i volum på laste- og arbeidsplass med en eksternt drevet utgangsaksel (dvs. ingen motor).

  • Totaktsmotor fra Wolfhart Willimczik med direkte smøring og asymmetrisk kontrolldiagram (video og tekst av oppfinneren)

  • Demonstrasjon av den relative bevegelsen

  • Moment

Avvikende fra ovennevnte patentspesifikasjon, har Willimczik produsert en kinematisk testmodell som på den ene siden den relative bevegelsen til stempelet og sylinderrotoren kan vises, men som på den andre siden også kan (i det minste i prinsippet) brukes som et konsept for en motor.

Sylinderrotoren er nå utformet som et fast hus. For å demonstrere den relative bevegelsen, drives akselen, som har et skrålager (swash plate) for det sfæriske stempelet, fra utsiden.

Hvis en antennelig blanding føres inn i arbeidsområdet mellom skilleveggen og det sfæriske stempelet for motordrift og antennes, roterer det sfæriske stempelet i forhold til huset, hvorved en kraft utøves på akselen via det skrålagret. Størrelsen på arbeidsområdet til det sfæriske stempeltrykket endres ikke under ekspansjonsfasen (akselrotasjon fra 0 ° til 180 °). Forutsatt at trykket ikke endres heller, kan den normale vektoren til trykkoverflaten representere den genererte konstante kraften, hvis retning er forskjøvet på grunn av stempelbevegelsen (se animasjon). Kraftkomponenten som er effektiv i akselens omkretsretning, har en handlingslinje mellom> 0 ° og <180 ° som ikke krysser akselen, slik at det utøves et (skiftende) moment på akselen. Komponentens størrelse og plassering vises i visning "A" i animasjonen. Hvis dreiemomentet ved 90 ° akselrotasjon er satt til 1, resulterer den (kvalitative) dreiemomentkurven som vises over ekspansjonsfasen. For eksempel, med en kuldiameter på 10 cm og et trykk på 10 bar, er dreiemomentet ved 90 ° ca. 40 Nm (minus dreiemomentet som skal påføres på lastesiden for kompresjon).

Motoren er en variant av en swash plate motor.Det er ikke kjent om en slik motor i det minste ble implementert som en prototype (se nærmere forklaringer).

Huettlin

Herbert Hüttlin med den sfæriske motorhybriden Hüttlin (2014)

Herbert Hüttlin utviklet en sfærisk motor som fungerer med buede stempler som beveger seg mot hverandre. Denne motoren er kjent i litteraturen under den generiske betegnelsen roterende stempelmaskin .

I februar 2002 ønsket Hüttlin å søke om patent på en sfærisk motor (WO 03/067033 A1). Under patentsøket ble Berrys oppfinnelse gjenoppdaget og sitert i Hüttlin-søknaden.

Den sfæriske motoren Hüttlin 1 ble konstruert i henhold til samme konsept som Frank Berrys sfæriske motor.

I 2005 ga Hüttlin opp Berry-prinsippet fordi det verken kunne oppnå den nødvendige kompresjonen eller det eksosoljefrie systemet som kreves i dag. Som et resultat utviklet han den såkalte Hüttlin-drivteknologien med sin egen nye kinematikk. Basert på dette prinsippet konstruerte han hjelpemotorer for elektriske kjøretøyer ( rekkeviddeutvidere ), kompressorer , motorer for kraftvarmeanlegg og mer.

Hiteng

Arnold Wagner utviklet den sfæriske motoren Hiteng. Hiteng sfæriske motor fungerer med to doble stempler som roterer i et sfærisk hus. Oppfinneren kaller denne motoren en oscillerende stempelmaskin . Wagner utviklet opprinnelig motoren for Peraves AG, da han forlot selskapet i 2010 tok han med seg motorprosjektet til det som nå er Hiteng AG. Med den påviste kraften er den sfæriske Hiteng-motoren den første og hittil eneste funksjonelle motoren basert på Berry-grunnpatentet fra 1963. Den tilsvarer delvis Hüttlin-sfæriske motorversjon 1 eller Berry-motoren, men representerer en egen utvikling med 3 patenter og totalt 37 innvilgede patentkrav er beskyttet i 44 land. Disse inkluderer keramiske kuler eller spor ellipsoider med oljedemping / smøring, 4-i-2 rotasjonsventilstyring av forkompresjonen og arbeidskammeret som lades gjennom forkammeret, husdivisjonen for å innlemme overløpskanaler, en effektiv forseggjort væske- og tetningssystem, klemme- og virvelkammerforbrenningskammerformer og innvendig olje og utvendig vannkjøling.

Mangel på markedssuksess

Fra og med 2014 hadde ingen av de sfæriske motorkonseptene vært vellykkede i stor kommersiell skala.

litteratur

  • Paolo Di Barba, Antonio Savini (red.): Ikke-lineære elektromagnetiske systemer. (Papir presentert på ISEM Pavia; det niende internasjonale symposiet om ikke-lineære elektromagnetiske systemer, holdt 10. - 12. mai 1999, Pavia, Italia). IOS Press et al., Amsterdam et al. 2000, ISBN 1-58603-024-8 ( Studies in applied electromagnetics and mechanics 18), forhåndsvisning på google-bøker .
  • Gerhard Henneberger, Joan Adrian Viorel: Elektriske maskiner med variabel motvilje. Shaker, Aachen 2001, ISBN 3-8265-8568-2 ( rapporter fra elektroteknikk ).
  • Ullrich Höltkemeier: Kraft fra ballen. Sfærisk motor. Ingeniøren Arnold Wagner bygger en bensinmotor i Winterthur - uten sylindere, uten stempler. 2007 online .
  • Joachim Krause: Lavspenning og drivteknologi. Prosessrelatert elektroteknikk for industrielle automatiseringssystemer. Vogel, Würzburg 2004, ISBN 3-8023-1964-8 ( Vogel-Fachbuch ), s. 296: Kugelmotor.

weblenker

Individuelle bevis

  1. ↑ Firmautgivelse av Laing-selskapet
  2. ↑ Kulemotorpumper fra Vortex
  3. ↑ http://www.all-electronics.de/ai/resources/d4c8f23c6e3.pdf  : En motor - 3 frihetsgrader i komponenter + systemer 10/2005, side 12
  4. ^ Frank Berry: Sfærisk bane Rotary Power Device. 31. juli 1961, åpnet 3. mars 2021 (klikk på "Last fullstendig dokument" etter å ha ringt opp).
  5. ↑ Wolfhart Willimczik: Bølgeplate eller roterende stempelmaskin. 11. juli 1974, tilgjengelig 15. mars 2021 (klikk på "Last inn fullstendig dokument" etter å ha hentet frem).
  6. ↑ Wolfhart Willimczik: Roterende stempelmaskin. 5. mai 1975, åpnet 15. mars 2021 (klikk på "Last fullstendig dokument" etter å ha ringt opp).
  7. ↑ Wankel, Wolfhart eller Hüttling motor? Hentet 16. mars 2021 .