Der Kugelmotor – ein Verbrenner ohne Kurbelwelle
Innovativer Motor von Arnold Wagner lässt staunen
Ob Flugzeugbau oder Kugelmotor – Arnold Wagner hat sein halbes Leben mit dem Ersinnen und Verbessern von Innovationen verbracht, die andere Hälfte als Flugwaffen- & Linienpilot.
In Verbrennungsmotoren wird seit jeher die Kraft des explodierenden Kraftstoffes über Kolben, Pleuel, Kurbelwellen und Getriebezahnräder auf die Räder eines Kraftfahrzeugs übertragen. Dass es deutlich einfacher geht, zeigt der Kugelmotor des Schweizer Erfinders Arnold Wagner.
Die Kraft des Dampfes wussten schon die alten Griechen zu nutzen, wie beispielsweise Heron von Alexandria mit seiner Aeolipile, auch Heronball genannt, zeigte. In dieser mit abgewinkelten Düsen versehenen Hohlkugel wurde Dampf eingeleitet, der durch diese Düsen entwich, weshalb die Kugel in Drehung versetzt wurde.
Die Idee, Dampf zu nutzen, um Arbeitskraft zu erzeugen, inspirierte viele helle Köpfe, eine Maschine zu entwickeln, die dem Menschen ein neues Zeitalter versprach. Aber erst 1690 gelang es dem Franzosen Denis Papin, einen funktionierenden Vorläufer einer Dampfmaschine zu entwickeln. 1769 gelang es James Watt, die von Papin entwickelte Dampfmaschine entscheidend zu verbessern, was ein neues Zeitalter für die Menschheit einläutete.
Auch heutige Verbrennungsmotoren sind nichts anderes als Dampfmaschinen im Kompaktformat. Ihre Erfinder haben erkannt, dass es nicht immer Wasserdampf sein muss, um einen Kolben auf- und ab- zu bewegen. Sie schlussfolgerten, dass diesen Part auch explodierender Treibstoff übernehmen kann.
Bereits 1801 meldete der Franzose Philippe Lebon d´Humbersin einen Gasmotor zum Patent an, doch konnte er diesen Motor leider nicht mehr präsentieren, da er 1804 ermordet wurde. Den ersten brauchbaren Gas-Verbrennungsmotor baute 1859 der Franzose Jean-Joseph Étienne Lenoir, den er auch in Wagen und Boote einbaute.
Diesen und allen nachfolgenden Verbrennungsmotoren ist gemeinsam, dass die am Kolben anliegende Kraft über ein Pleuel auf eine Kurbelwelle übertragen wird, von wo aus das Drehmoment über ein Getriebe die Räder antreibt. Die Einheit ›Kolben-Pleuel-Kurbelwelle‹ ist eine Schwachstelle des Verbrennungsmotors, da die dort wirkenden Beschleunigungskräfte bei hoher Drehzahl dazu führen können, dass beispielsweise die Streckgrenze des Pleuelmaterials überschritten wird, was zu deren Zerstörung führt. Die Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors darf daher eine maximale, vom Hersteller festgelegte Drehzahl nicht übersteigen.
Die Funktionsweise des Wankelmotors kann beispielsweise im Deutschen Automobilmuseum Fichtelberg anhand eines Original-Modells ergründet werden.
Zum Kugelmotor von Frank Berry lassen sich weitere Informationen auf Wikimedia.org finden.
Zum Kugelmotor von Wolfhart Willimczik gibt es auf Wikipedia.org eine Animation sowie weiterführende Informationen.
Der Kugelmotor von Arnold Wagner ist sehr kompakt und gewichtsarm konstruiert.
Nicht so der Schweizer Erfinder und Flugzeugbauer Arnold Wagner. Sein wassergekühlter Hiteng-Kugelmotor arbeitet zwar teilweise nach dem Prinzip des Berry-Motors beziehungsweise des Kugelmotors von Hüttlin, ist jedoch eine großteils eigene Entwicklung, die mit zahlreichen Patenten geschützt ist.
In der Praxis erprobt
Bereits 2007 wurde der Kugelmotor des Erfinders Arnold Wagner in einen YP-400-Motorroller von Yamaha zum Test eingebaut.
Der in den Yamaha-YP400-Roller verbaute Kugelmotor leistet 16 kW und wurde erfolgreich im Fahrbetrieb getestet. Durch den vollständigen Massen- und Momenten-Ausgleich ergibt sich eine sehr ruhige und geräuscharme Lokomotion.
Der Kugelmotor ist nicht nur kugelförmig, sondern wird auch von Keramik-Kugeln & Drehschieber links & rechts auf der Umlauf-Schwenkachse zwangsgesteuert. Dadurch können Pleuel sowie Kurbel- und Nockenwelle entfallen.
Die in die Hohlschalen eingearbeiteten Nuten sind von der Kugelmitte aus projizierten Sinoiden mit einer Periode von 180 Grad und Amplituden von -2 +/- 20 Grad halbkugelförmig nachgefräst, was de facto einer sphärisch abgewickelten Kurbelwelle entspricht. Die Rotation der Kugelkolben ergibt dabei für eine volle Umdrehung um die Umlauf-Schwenk-Achse je einen vollen 4-Takt-Arbeits-zyklus für jede der 2 Arbeitskammern, d.h. alle 180 Grad eine Zündung mit Arbeitstakt. Dies entspricht dem Zünd- + Verbrennungsablauf eines herkömmlichen 4-Zylinder-Hubkolbenmotors mit entsprechend weniger als 30% Volumen, Gewichts- und Bauaufwand des Kugelmotors.
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Die linke, trichterförmige Öffnung ist eine Aussparung für die Umlauf-Schwenkachse in den Kugelkolben, wobei die Drehschieber auf dieser Kolben-Hinterseite das Ansaugen des von der Einspritzung angereicherten Gemisches sowie den Weitertransport durch die Überströmkanäle in die Arbeitskammern auf die Kolben-Vorderseite steuern.
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Während der Weiterbewegung verdichten die zusammengehenden Hälften der Kugelkolben das Gemisch.
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Das Gemisch wird von den Zündkerzen zur Explosion gebracht, wodurch die Kugelkolben auseinandergetrieben werden.
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Mittels der Umlauf-Schwenkachse wird eine Zwangssteuerung erreicht, wodurch das Benzin-Luftgemisch zugeführt und die Abgase abgeführt werden. Pleuel sowie Kurbel- und Nockenwelle können daher beim Kugelmotor entfallen.
