Gourt Home::Gourt :: Gegenkolbenmotor
Der Gegenkolbenmotor — auch bekannt als Gegenläufermotor, Gegenlaufmotor oder kurz Gegenläufer — ist ein Zweitakt-Hubkolben-Verbrennungsmotor, bei dem zwei Kolben in denselben Zylinder gegeneinander arbeiten und sich einen gemeinsamen Brennraum in der Mitte des Zylinders teilen. Diese Motorenart ließ sich Ferdinand Kindermann 1877 patentieren.
Vor- und Nachteile
Ein Vorteil dieser sowohl als Ottomotor als auch als Dieselmotor verwendeten Konstruktion ist die bessere Ein- und Auslass-Steuerung bei Zweitaktmotoren (ein Kolben steuert den Einlass, der andere den Auslass) und die damit gegebene Möglichkeit, Kompressoren bei der Beatmung von Zweitaktmotoren zu nutzen.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der Masseausgleich der Maschinen ähnlich wie bei Boxermotoren sehr gut ist und so ein ruhiger Lauf gewährleistet wird. Ein Zylinderdeckel oder Zylinderkopf wird nicht benötigt, was Gewicht einspart und zugleich potenzielle Kühlungsprobleme mit diesem Maschinenteil beseitigt.
Die Anordnung der Aus- und Einlässe ermöglicht die Gleichstrom-Spülung beim Gaswechsel. So werden Spülverluste vermindert. Hierbei muss angemerkt werden, dass sich die Spülverluste bei direkter Einspritzung auf reine Luft beschränken.
Als Nachteile sind zu werten die aufwändige Bauweise und die relativ hohe thermische Belastung der Auslassseite. Ferner kommen die hohe Bauhöhe (rund doppelt so hoch wie ein konventioneller Motor) und ein im Vergleich zum Hubraum hohes Gewicht. Problematisch ist zudem die Anbringung der Zündkerze oder bei Dieselmotoren der Einspritzdüse. Da die Motoren nach dem Zweitaktprinzip arbeiten und eine klassische Kurbelkastenspülung nicht in Frage kommt, müssen Gegenkolbenmotoren mit einer mechanischen Frischluftbeaufschlagung versehen werden. Zum Auswechseln der Zylinderlaufbuchsen muss eine Kurbelwelle demontiert werden, und bei senkrechten Zylindern kann das Schmieröl von den oberen Motorteilen in den Brennraum gelangen. Die amerikanischen Fairbanks-Morse Diesellokomotiven bewährten sich nur bei den Eisenbahnen, deren Werkstätten auf den Unterhalt der Gegenkolbenmotoren ausgerichtet waren.
Der wohl größte Vorteil ist der sehr hohe Wirkungsgrad bei einer Ausführung als Dieselmotor. Durch die beiden Gegenkolben kann ein fast idealer kugelförmiger Brennraum erreicht werden. Die thermischen Verluste durch die Oberfläche eines Brennraumes in einem Zylinderkopf entfallen.
Gegenkolbenmotoren wären die idealen Schiffsmotoren - allerdings verbietet die Bauhöhe diesen Einsatzbereich.
Technik
Gemischzufuhr
Das Gemisch kann wie bei jedem anderen Zweitaktmotor durch Kompression im Kurbelraum oder durch externe Spülgebläse in den Verbrennungsraum gebracht werden. Die durch die beiden Kolben möglichen unterschiedlichen Öffnungszeiten von Ein- und Auslass erlauben, einen Zweitaktmotor mit Aufladung zu realisieren, ähnlich wie dies auch beim Doppelkolbenmotor der Fall ist.
Triebwerksausführungen
Die Kolbenbewegung kann dabei über große Kipphebel und lange Schwinghebel auf eine Kurbelwelle erfolgen, andererseits kann der eine Kolben herkömmlich auf eine Kurbelwellenkröpfung arbeiten, der andere über zwei lange Nebenpleuel auf Gegenkröpfungen. Darüber hinaus können auch beide Kolben auf eine herkömmliche Kurbelwelle arbeiten, die dann jeweils miteinander verbunden sind, sei es durch eine Stirnradkaskade, eine Antriebskette, einen Zahnriemen oder eine Königswelle.
Aufbau und Funktionsweise am Beispiel
opposite_piston_engine.gif Dargestellt ist ein Motorlayout ähnlich dem vom Konstrukteur Kurt Bang im Büro Prüssing weiterentwickelten DKW-Rennmotor. Es gab ihn in einer Version mit 250 cm³ und einer mit 350 cm³ Hubraum. Er besaß zwei Zylinder mit vier Kolben, zwei Kurbelwellen und einen mechanischer Lader. Die Kurbelwellen waren über eine Zahnradkaskade gekuppelt. Die Gemischaufbereitung übernahm ein Vergaser, was einen hohen Kraftstoffverbrauch nach sich zog.
- Ansaugkanal für das vom Vergaser aufbereitete Gemisch
- mechanischer Lader (hier: Flügelzellenlader; im Original Zentrix-Lader)
- Frischgaskammer zur Speichern und Verteilen an die Zylinder
- Überdruckventil (Waste-Ventil)
- Auslass-Kurbeltrieb
- Einlass-Kurbeltrieb (läuft ca. 20° nach zum Erreichen eines asymmetrischen Steuerdiagramms)
- Zylinder mit Ein- und Auslassschlitzen
- Auslass, Anschluss für die Auspuffanlage
- Wasserkühlmantel
- Zündkerze
Eine Animation kann man sich opposite_piston_engine_anim.gif anzeigen lassen (587 kByte), eine perspektivische Darstellung opposite_piston_engine_persp.gif.
Geschichte und Einsatz
Junkers: Stationär- und Flugmotoren
Eine der ersten praktischen Anwendungen erfolgte 1892 durch Wilhelm von Oechelhäuser in seinem Werk, der Deutschen Continental-Gas-Gesellschaft, für Gasmotoren in Dessau. Die Entwicklung wurde von Hugo Junkers assistiert. Die Maschine wurde 1896 an das Hochofenwerk Hörde (Stahlwerk Phoenix) in Dortmund geliefert und leistete 220 PS zum Antrieb eines Dynamos als Stromgenerator. Der Antrieb erfolgte mit Gichtgas.
Junkers führte in Deutschland diese Art der Kraftmaschine weiter fort und entwickelte sie in seinem Werk weiter. Insbesondere die Dieselvariante erreichte ab den 1930er Jahren die Einsatzreife und wurde bei Flugzeugen der Firma Junkers verwendet. Der Junkers 6-Zylinder-Gegenlaufmotor Jumo 205 mit 880 PS bei 2800 U/min war der einzige in größeren Stückzahlen gebaute Dieselflugmotor.
DKW: Aufgeladene Zweitaktmotoren in Rennmotorrädern
DKW experimentierte vor dem Zweiten Weltkrieg mit 250-ccm-Zweitakt-Gegenläufer-Ottomotoren, um Kompressoren in Zweitakt-Rennmotorrädern einsetzen zu können. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurde die einzige den Krieg überlebende DKW-Gegenläufermaschine von verschiedenen Privatfahrern gefahren. Sie hatte aber immer mit thermischen Problemen zu kämpfen. Der Beitritt Deutschlands zum Internationalen Motorradfahrerverband (FIM) brachte dann das Ende der sportlichen Karriere des DKW-Gegenläufers: Im FIM galt ein Kompressorverbot.
Erst im Jahre 1989 machte sich ein Ingenieursteam des Fachgebiets Fahrzeugtechnik der TU Darmstadt um Restaurator Herrmann Herz und Prof. Dr.-Ing. Bert Breuer daran, aus dem legendären DKW-Gegenläufer schlussendlich doch noch eine thermisch stabile Maschine zu machen. Zwei Jahre und eine Diplomarbeit später lief der DKW-Gegenläufer ohne Hitzeprobleme und leistete mit 65 PS aus 250 ccm knappe 20 PS mehr, als zu DKW-Zeiten gemessen wurden.
Sonstige historische Hersteller
In der Welt haben sich darüber hinaus Commer, Compagnie Lilleoise des Moteurs, Doxford, Fairbanks-Morse, Gobron-Brillié, British Leyland, Krupp, Napier, Rolls-Royce und Sulzer Gegenkolbenmotoren entwickelt und gebaut, meist für den Stationärmotor, Schiffe und Flugzeuge, aber auch für LKW, PKW und Motorräder. Ferner wurden Gegenläufermotoren auch in Kampfpanzern eingesetzt. So hatte z.B. der britische Kampfpanzer Chieftain einen großen 6-Zylinder Gegenläufermotor für den Hauptantrieb (Typ Leyland L60) und einen kleinen Dreizylinder (Leyland H30) als Nebenaggregat.
Deltic
Eine Sonderform des Gegenkolbenmotors stellen die um 1950 entstandenen Deltic-Motoren des britischen Herstellers Napier dar; diese für den Einsatz in Schiffen und Lokomotiven gebauten kompakten Dieselmaschinen hatten eine Leistung um 3000 PS und bestanden aus drei im Dreieck angeordneten, und durch gemeinsame Kurbelwellen verbundenen Bänken von Gegenkolbenmaschinen.Aktuelle Hersteller
Heutzutage werden Gegenkolbenmotoren z.B. noch von der Golle Motor AG hergestellt, vertrieben und weiterentwickelt.
Die Firma Kharkiv Morozov aus der Ukraine baut heute die Nachfolger der Panzer der "Roten Armee". Diese haben auch einen GKM, der eine Weiterentwicklung der Junkers-Triebwerke darstellt. Er leistet bis zu 1200 PS und ist als Vielstoffmotor konzipiert. Er ist für einen Panzermotor extrem kompakt gebaut und verbraucht im Vergleich zu aktuell im Irak-Krieg eingesetzten Panzern erstaunlich wenig. Er wäre auch gut als Stationärmotor verwendbar (Kraft-Wärme-Kopplung). Leider läßt die Politik es momentan nicht zu, dass er als solcher exportiert wird.
Siehe auch
Weblinks
- http://boxermotor.com/technik/gegenkolben/gegenkolben.php — Weitere Informationen und Schaubilder zum Thema
- http://www.junkers.de/motoren/ — Die Anfänge des Junkers-Motorenbau
- http://www.gollemotor.ag/flugmotor.htm — Aktueller Gegenkolben-Flugmotor der Golle Motor AG
- http://www.iet.auc.dk/sec2/junkers.htm — Dänischer Professor, der sich mit GKMs befasst
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