Die Erfindung betrifft eine Motor-Generator-Anordnung mit einem

Verbrennungsmotor nach dem Gegenkolbenprinzip, mit einer Anordnung von mindestens zwei in einem Zylinder mit gemeinsamer Brennkammer laufender Gegenkolben, gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Sogenannte Gegenkolbenmotoren sind bereits lange bekannt. Motoren dieser Art wurden bereits für den Flugzeugbau eingesetzt. Dennoch hat es keine Weiterverbreitung dieser Motorentechnik für den Flugzeugbau gegeben. Ein Problem dieser Technologie war, dass der Motor als Selbstzünder ventilfrei ausgebildet ist und somit bei relativ hohen Drücken und Temperaturen betrieben wird. Hierbei sind jedoch neue Technologien, beispielsweise die Verwendung von sogenannten Karbonkolben mit Kohlenstoffkeramik zum Einsatz gekommen, so dass das Motorprinzip als solches doch

betriebstauglich wird. Aus der DE 20 2010 001 006 U1 ist bekannt, einen solchen Motor in Verbindung mit einem Generator anzuwenden. Dabei sind jedoch keinerlei weitere diesbezügliche technische Maßnahmen angegeben. Aus der US 2,213,682 ist weiterhin eine Energieerzeugungseinrichtung mit den oberbegrifflichen Merkmalen bekannt. Dabei erfolgt eine Kopplung der beiden Abtriebe der Kurbelwellen der beiden Gegenkolben über eine Kette oder einen Zahnriemen. Eine solche Art Kopplung der direkten

Kurbelwellenabtriebe des Gegenkolbenmotors hat den erheblichen Nachteil, dass eine Kette oder ein Riemen nur einen unvollkommene mechanische Kopplung der beiden Kurbelwellen erreicht. Dies führt dazu, dass sich dieser mechanische Schlupf direkt auf die Kolbenlagen des Gegenkolbenmotors auswirken und zu einem unexakten Verlauf der relativen Kolbenbewegungen führt. Bei einem Gegenkolbenmotor ist zu beachten, dass bei jeder

Umdrehung eine Drehmomentumkehr erzeugt wird. Bei einer solchen

Kopplung der Kurbelwellen mit einer Kette oder einem Riemen, fängt das System an zu schwingen und zehrt somit Energie auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Motor-Generator- Anordnung für den Verwendungszweck in einem Blockheizkraftwerk so einzusetzen, dass ein signifikant höherer Wirkungsgrad als bei bisher bekannten Verbrennungsmaschinen erreicht wird, und das Prinzip so effektiv für die Kraftwärmekopplung einsetzbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird bei einer Motor-Generator-Anordnung der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichneten Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Kern der Erfindung ist, dass die beiden Abtriebe über ein riemen- oder kettenloses Koppelgetriebe starr gekoppelt sind, und dass jeweils zwischen den Abtrieben der Kurbelwellen und dem Koppelgetriebe und/oder zwischen dem Koppelgetriebe und den Kupplungsgetrieben torsionselastische und/oder seitenversetzbare Kopplungselemente angeordnet sind.

Bei einer Einzylinder-Anordnung sind zwei Gegenkolben und somit zwei gegenüberliegende Kurbelwellen vorhanden.

Bei einem Zwei- oder Mehrzylindermotor sind vier bzw mehr Kolben vorhanden, bei denen sich aber immer zwei in einem Zylinder laufend gegenüber liegen. Auch bei einer Mehrfachzylinderanordnung liegen sich immer zwei Kolben in einem Zylinder gegenüber. Ordnet man diese Zylinder parallel an, so hat man auf der einen Seite ein Reihe von Kolben und auf der anderen Seite, so dass sich auch bei Mehrzylinderanordnung immer zwei gegenüberliegende Kurbelwellen ergeben, weil die Kolben einer Seite auf die eine gemeinsame Kurbelwelle einwirken, und die Kolben der anderen Seite auf die gemeinsame andere Kurbelwelle einwirken.

So wird effektiv die Energie beider Kolben oder Kolbengruppen auf den jeweiligen Generator durchgesteuert. Es findet keine starre Kopplung auf einer Kurbelwelle statt, womit Reibungsverluste einhergehen würden. Stattdessen werden die beiden Abtriebe der getrennten Kurbelwellen nur synchron gekoppelt um einen entsprechenden Gleichlauf der Anordnung zu erreichen. Dennoch werden weiterhin zwei Abtriebe vorgesehen, die mit jeweils einem Generator belegt werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk BHKW, am Ausgang des Koppelgetriebes zwei weitere Abtriebe vorgesehen sind, und jeder dieser Abtriebe über jeweils ein

Kopplungselement oder eine Getriebe-Kupplung-Anordnung mit einem, oder jeweils einem Generator verbunden ist.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die mit den Kolben über Pleuel in Eingriff stehenden Kurbelwellen an mindestens einer Seite neben dem Pleueleingriff an der Kurbelwelle mit mindestens einem nicht rotationssymmetrischen Exzenterschwungkörper versehen ist

beziehungsweise sind und dass der Exzenterschwungkörper mit einem wiederum direkt daneben zentrisch zur Kurbelwelle laufenden Kreisscheibenoder Kreisringelement versehen ist, und Exzenterschwungkörper und

Kreisscheibenelement in Betrieb zumindest teilweise in ein Ölbad einer Ölwanne eintauchen.

In weiterer vorteilhafte Ausgestaltung ist vorgesehen, dass auf einer der Kurbelwellen eine Nockenscheibe angeordnet ist, über welche eine

Kraftstoffeinspritzpumpe betätigt wird, welche an dem entsprechenden

Kurbelgehäuse angeordnet ist. So wird direkt über die besagte Kurbelwelle ohne weitere Umienkung die Kraftstoffeinspritzpumpe fortlaufend mechanisch betätigt. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die

Kraftstoffeinspritzpumpe auf einem Tragelement (Support) angeordnet ist, welches in seiner Position winkelverstellbar ist. Auf diese Weise lässt sich der optimale Kraftstoffeinspritzzeitpunkt sogar im Betrieb nachjustieren und optimieren.

Der Exzenterkörper dient nicht nur zur Drehmomentvergleichsmässigung der Kolbenbewegung und zum Erhalten eines fortlaufenden Schwungs in einer vorgesehenen Drehrichtung, sondern dieser Schwungkörper, da er

exzentrisch auf der Kurbelwelle sitzt, taucht über einen Teilwinkel seiner Umfangsbewegung temporär bei jeder Umdrehung in ein Ölbad ein und nimmt Öl mit in die Anordnung, die oberhalb der Ölwanne liegt. Das Kreisring- oder Kreisscheibenelement, welches direkt neben dem Exzenterkörper angeordnet ist führt dazu, dass es zu einer Gleichverteilung des nach oben

ausgetragenen oder hoch transportierten Öles kommt. Somit wird das transportierte Öl an den zu schmierenden Lagerstellen gleichmäßig verteilt, ohne dass eine Ölpumpe vorgesehen sein muss. Dies ist der erhebliche Vorteil dieser Einrichtung, da insbesondere im Betrieb als Selbstzünder trotz hoher Betriebstemperaturen und -drücke eine entsprechende zuverlässige, aber in diesem Fall erfindungsgemäß unmotorische Dauerschmierung gewährleistet wird.

In weiter vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass der Motor und das Koppelgetriebe auf einem gemeinsamen Trägerchassis angeordnet sind. Dies hat den Vorteil, dass dies zu einer gleichlaufenden Koppelung der Elemente führt, wobei die starre Verbindung über das Trägerchassis zwischen Motor und Koppelgetriebe die eigentliche Krafteinkopplung so schützt, dass keine Relativbewegungen von Motorblock und Koppelgetriebe beispielsweise im Anlaufmoment oder beim Abbremsen auftreten.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die mechanische Kopplung zwischen Kopplungsgetriebe und Kupplung des Generators über ein torsionselastisches Kopplungselement erfolgt. Diese besagten

torsionselastischen Kopplungselemente sorgen zusätzlich noch dafür, dass die Kopplung absolut harmonisch mit dem eigentlichen Motor zusammenwirkt und gegebenenfalls Fehlanpassungen ausgeglichen werden. Dies ist von besonderer Bedeutung im Anlaufmoment bei Zünden der Maschine, wenn diese über eine Kupplung an die Generatoren gekoppelt werden muss.

Außerdem entlasten diese torsionselastischen Kopplungselemente das Getriebe in ganz erheblichen Masse, so dass beispielsweise zur

Kostenreduktion sogar Kunststoffgetriebe zum Einsatz kommen können, beispielsweise aus widerstandsfähigen Kunststoffen, wie Polycarbonaten oder beispielsweise auch Polyurethan, gegebenenfalls carbonverstärkt, bestehen. Besonders vorteilhaft für diesen bestehenden Anwendungsfall ist der

Werkstoff Guss- Polyamid.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass der

Gegenkolbenmotor ein ventilloser selbstzündender Injektionsmotor ist. All dies ist in vorteilhafter Weise ein Zusammenspiel aller bereits erwähnten Elemente, die einen höchst effektiven, wirkungsgradoptimierten und wartungsarmen Motor zur Verwendung in meist dauerbetriebenen Blockheizkraftwerken ergibt.

Alternativ dazu ist angegeben, dass der Motor auch als ein fremdgezündeter Motor ausgestaltet sein kann.

In diesbezüglicher weiterer Ausgestaltung ist angegeben, dass der Motor ein Gasmotor oder ein Allgasmotor ist.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigt:

Figur 1 : perspektivische Ansicht auf das Ausführungsbeispiel Figur 2: Teildarstellung der Kurbelwelle mit Schmierungselementen

Figur 3: Kopplungselemente

Figur 4: Vorderansicht auf Ausführungsbeispiel

Figur 5: Seitenansicht

Figur 6: Perspektivische Ansicht des Motors Figur 7: Kurbelwellengehäuse

Figur 1 zeigt im Überblick die gesamte Anordnung. Der Motor hat einen zentralen Motorblock 1 und einen oder mehr Zylindern, die jeweils für zwei Gegenkolben pro Zylinder ausgelegt sind.

An beiden gegenüberliegenden Seiten des Zylinders oder der

Zylinderanordnung, es kann sich auch um einen Zweizylindermotor handeln, wie in Figur 1 dargestellt, sind dann die Kurbelwellengehäuse 2 und 2' angeordnet. Die Kurbelwellengehäuse 2 und 2' haben wiederum jeder für sich einen Abtrieb 3 bzw 3', so dass bei einem Einzylinder- Zweikolbenmotor, aber auch bei einem Mehrzylinderaggregat zwei Kurbelwellen jeweils einen Abtrieb bilden. Diese sind über Kopplungselemente, die bereits torsionselastisch sind, mit einem gemeinsamen Kopplungsgetriebe 4 verbunden. Das

Kopplungsgetriebe 4 hat lediglich die Aufgabe beide

Kurbelwellenbewegungen aufeinander zu synchronisieren und die

Synchronisation auch im Dauerbetrieb zu erhalten. Axial jeweils durchgehend sind dann die beiden Abtriebe 3 und 3', dargestellt, die wiederum mit torsionselastischen Kopplungselementen 5 und 5' versehen sind und in die Getriebe- und/oder Fliegkraftkupplungsgehäuse 6, 6' der beiden Generatoren 7, und 7 einmünden. Die besagten Kopplungselemente 5 und 5' sind dabei zumindest torsionselastisch, können jedoch auch so ausgebildet sein, dass sie einen Seitenversatz oder auch einen angularen Versatz zulassen. Auf diese Weise können mechanische Fehlanpassungen des Systems einfach ausgeglichen werden und die Anordnung ist somit leicht im Aufbau und auch leicht zu handhaben. Über die entsprechenden Getriebe 6 und 6' und gegebenenfalls mit oder ohne Fliegkraftkupplung sind dann die Generatoren 7 und 7' an den beiden Abtrieben angekoppelt. Hierbei ist auch erkennbar, dass der eigentliche Verbrennungsmotor 1 und das Koppelgetriebe 4 auf einem gemeinsamen Chassis 10 angeordnet sind, mit den oben genannten

Vorteilen. Eine weiterführende Anordnung auf gemeinsamem Chassis, zusammen mit den übrigen Elementen ist möglich aber nicht zwingend.

Figur 2 zeigt das hierbei verwendete Schwung- und Schmiersystem für diese Antriebsvariante. Auf der jeweiligen Kurbelwelle 20 ist in diesem Falle am Pleuelexzenter 21 auf beiden axialen Seiten jeweils ein exzentrischer

Schwungkörper 22 angeordnet. In diesem Falle sind es zwei Schwungkörper. An einem der Schwungkörper ist zusätzlich axial ein Kreisring 23 angebracht. Dieser Kreisring 23 läuft dabei zentrisch zur Kurbelwellenhauptachse und nicht zur exzentrischen Pleuelachse. Wie oben bereits beschrieben, ist das Kurbelgehäuse um diese Kurbelwellen für jeden Kolben so beschaffen, dass im unteren Bereich eine Ölwanne vorgesehen ist. Die Abmessungen des Kurbelgehäuses sind dabei so gewählt, dass der Ezenterkörper 22 über einen Teilumfang seiner Drehung immer wieder in das Ölbad eintaucht und somit Öl mit nach oben schleudert. Über den zusätzlich angeordneten Kreisring 23 oder gegebenenfalls auch eine Kreisscheibe, wird dann das hoch

geschleuderte Öl gleich verteilt und führt zu einer Vergleichmäßigung der Zuführung von Öl an die zu schmierenden Stellen.

Somit wird eine pumpenfreie Dauerschmierung des Systems gewährleistet.

Figur 3 zeigt nochmals im Detail die Kopplungselemente 3, 3' bzw 5, 5' zwischen den Kurbelwellenabtrieben und dem Koppelgetriebe 4 bzw dem Koppelgetriebe 4 und den Kupplungsgetrieben 6, 6' der Generatoren 7, 7'. Dieser Kopplungstyp dämpft die radiale Schräglage aber gegebenenfalls auch Torsions- und Seitenversatz. Zusätzlich sind, wie oben auch in Figur 1 dargestellt, auch noch zwischen Koppelgetriebe und den Kupplungen und/oder Getrieben der Generatoren entsprechende torsionselastische und seitenversetzbare Kopplungselemente vorgesehen.

Insgesamt eignet sich diese Motor-Generator-Anordnung im ganz erheblichen Maße für den Einsatz in Blockheizkraftwerken, da der Wirkungsgrad signifikant höher liegt als bei normalen Verbrennungsmaschinen.

Übliche Treibstoffe können Dieselöl sein, aber auch pflanzliche Öle, Abfallöle etc.

Figur 4 zeigt in einer Vorderansicht, von der Motorseite gesehen, die

Anordnung. Zu erkennen sind die gegenüberliegenden Kurbelwellengehäuse 2 und 2' der Gegenkolben. Hierbei wird auch die Lage der Getriebezahnräder des Kopplungsgetriebes 4 deutlich, die die Kubelwellenbewegungen und die entsprechenden Bewegungen der Gegenkolben harmonisch aufeinander abstimmen und die Bewegung sychronisieren, in dem Sinne, dass der gewollte Hubversatz der Gegenkolben, wie er bei Gegenkolben bekannt ist, fest sychronisiert, und somit ein fixierter und extrem hoher Gleichlauf gewährleistet wird. Dies ist für den Generator deshalb wichtig, weil die Ausgangsspannung sowie insbesondere die abgreifbare Frequenz bei Wechselstromgeneratoren auf die Netzfrequenz möglichst abgestimmt sein muss.

Ebenso ist das Trägerchassis 10 wie oben schon beschrieben, zu erkennen.

Figur 5 zeigt eine Seitenansicht mit der Lage der Einzelkomponenten wie oben schon beschrieben.

Figur 6 zeigt die perspektivische Ansicht des Motors. Das Kurbelwellenghäuse 2 nimmt dabei die Lagerung der Kurbelwelle auf. Auf der Kurbelwelle sind, wie bereits in Figur 2 zu erkennen, die Exzenter 22 und zumindest im Kurbelwellengehäuse 2 noch eine Nockenscheibe 24 angeordnet.

Diese Nockenscheibe 24 betätigt die auf dem Kurbelwellengehäuse angeordnete Kraftstoff-Einspritzpumpe mechanisch. Dass heisst die

Nockenscheiben führt bei jeder Ihrer Umdrehung eine exzentrische

Abwicklung des Umfanges in der Form aus, dass in der Kraftstoffpumpe 25 so eine Kolbenhubbewegung ausgeführt wird. Die Kraftstoffeinspritzpumpe 25 ist dabei auf einem Support 26 angeordnet.

Figur 7 zeigt das Kurbelgehäuse 2 nochmals im Detail. Hierbei wird deutlich, dass der Support 26 samt Kraftstoffeinspritzpumpe 25 entlang der

dargestellten Pfeilrichtung auf dem Kurbelwellengehäuse verschieblich ist. Auf diese Weise kann der Eingriff der in Figur 6 dargestellten Nockenscheibe auf die Kraftstoffeinspritzpumpe sogar während des Betriebes des Motors verstellt werden. So kann der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung nachjustiert und optimiert werden.

Bezugszeichenliste:

1 Motor

2, 2' Kurbelwellengehäuse

3, 3' Abtriebe mit Kopplungselementen

4 Kopplungsgetriebe/Synchronisation

5, 5' Koppungselemente

6, 6' Kupplungen ggfs mit Getriebe

7, 7' Generatoren

10 gemeinsames Chassis

20 Kurbelwelle

21 Exzenter

22 Exzenterkörper/Schwungmasse

23 Kreisring

24 Nockenscheibe

25 Einspritzpumpe

26 Support für Einspritzpumpe