- Erfinder Brian Schmidt aus Galena, Ohio, führt die Speed Stroke Engine als „patent pending“
- Unrunde Zahnräder am Kurbeltrieb sollen Ansaug- und Arbeitstakt verlängern sowie Verdichtung und Ausstoß verkürzen
- Im gezeigten Beispielprofil sinkt die Dauer der Verdichtung um rund 50 Prozent, während der Arbeitstakt um rund 50 Prozent länger wird
Der Hubkolbenmotor begleitet die Mobilität seit weit über hundert Jahren, und an seinem Grundprinzip hat sich erstaunlich wenig geändert. Genau an einer seiner konstruktiven Schwächen setzt eine Erfindung aus den Vereinigten Staaten an. Sie soll dem Motor beibringen, jedem seiner Takte unterschiedlich viel Zeit zu geben, ohne dabei die Drehzahl zu verändern. Möglich machen soll das ein unrundes Zahnradpaar, das die Bewegung des Kolbens gezielt umverteilt. Was technisch reizvoll klingt, trifft allerdings rasch auf die altbekannten Grenzen des Maschinenbaus.
Was ist die Speed Stroke Engine?
Die Speed Stroke Engine ist ein zum Patent angemeldetes Motorenkonzept des US-Erfinders Brian Schmidt, das die Dauer der einzelnen Takte über unrunde Zahnräder steuerbar machen soll. Nach Angaben der Projektseite ist die Technik sowohl für Zweitakter als auch für Viertakter sowie für Benzin- und Dieselmotoren gedacht und soll mehr Leistung, mehr Drehmoment und einen besseren Wirkungsgrad ermöglichen. Der Erfinder veranschaulicht den Grundgedanken mit einem Vergleich: Steht für eine Mahlzeit insgesamt eine Stunde zur Verfügung, lässt sich das Kochen auf eine Viertelstunde verkürzen, um dreiviertel Stunden zum Essen zu gewinnen. Die Gesamtzeit bleibt also gleich, nur ihre Aufteilung ändert sich. Auf den Motor übertragen bedeutet das: Eine volle Umdrehung dauert unverändert lang, doch die wichtigen Takte erhalten mehr Zeit, weil sie den weniger wichtigen entzogen wird.
Wo liegt das eigentliche Problem des Hubkolbenmotors?
Das Grundproblem liegt darin, dass beim klassischen Hubkolbenmotor alle Takte annähernd gleich lang dauern, obwohl es gasdynamisch sinnvoller wäre, manche Takte zu verlängern und andere zu verkürzen. Über zwei oder vier Takte hinweg bleibt die Umdrehung gleichförmig, das Verhältnis der Takte zueinander ist konstruktiv festgelegt. Wünschenswert wäre, die Dauer einzelner Hubbewegungen zu verändern, ohne die Zeit einer kompletten Umdrehung anzutasten. Genau dieses Verhältnis will die Erfindung aufbrechen.
Wie funktioniert der Zahnrad-Kurbeltrieb?
Bei der Speed Stroke Engine wird die Gegengewichtspartie einer üblichen Kurbelwelle in ein unrundes Zahnradprofil umgeformt und mit einem passenden Zahnrad auf einer zusätzlichen Abtriebswelle gepaart. Dadurch dreht sich die Abtriebswelle in einer Umdrehung mal schneller und mal langsamer, während das Gesamtübersetzungsverhältnis über eine volle Umdrehung hinweg bei 1:1 bleibt. Das unrunde Profil lässt sich nach Darstellung des Erfinders für jede Anwendung gesondert auslegen, um Leistung oder Wirkungsgrad zu optimieren. Auf diese Weise verschiebt sich die Zeit, die der Kolben für die jeweilige Bewegung benötigt, ohne dass sich die Drehzahl ändert.
Welche Takte werden länger, welche kürzer?
Im von Schmidt gezeigten Beispielprofil verlängern sich Ansaug- und Arbeitstakt, während Verdichtung und Ausstoß kürzer ausfallen. Konkret verkürzt sich die Dauer des Verdichtungstakts nach oben um rund 50 Prozent, der Arbeitstakt nach unten verlängert sich entsprechend um etwa 50 Prozent. Aus demselben Mechanismus folgt ein längerer Ansaugtakt und ein kürzerer Ausstoßtakt. Ein längeres Ansaugen bedeutet mehr Zeit, kühles und langsamer strömendes Frischgas in den Zylinder zu ziehen, was das Potenzial der Zylinderfüllung erhöht. Der verlängerte Arbeitstakt gibt dem Verbrennungsdruck mehr Zeit, in Drehmoment umgesetzt zu werden. Der verkürzte Ausstoß drückt das heiße Abgas zügiger aus dem Brennraum, was den Hitzestau verringern soll. Zusätzlich lässt sich nach Angaben des Erfinders beim Auslegen des unrunden Profils die Verweildauer des Kolbens am Totpunkt reduzieren, sodass der Motor weniger Schwung verliert.
Welche Vorteile verspricht die Technik?
Schmidt verspricht mehr Leistung, mehr Drehmoment und einen höheren Wirkungsgrad, weil der Motor mehr Zeit zum Ansaugen und zum Abgreifen der Verbrennungsenergie erhält. Als zusätzlichen Nutzen nennt er die geringere Verweildauer am Totpunkt und den dadurch reduzierten Hitzeeintrag. Für den Motorsport merkt der Erfinder an, dass die Technik vermutlich nicht gegen Beschränkungen bei Luftdurchsatz, Hubraum oder Aufladung zähle, weil sie keine dieser Größen direkt verändere, sondern lediglich deren zeitliche Nutzung.
Warum zweifeln Fachleute am Wirkungsgrad?
Aus technischer Sicht ist der mögliche Effizienzgewinn umstritten, weil das Konzept zahlreiche Zahnräder und zusätzliche Gleitlager erfordert, die ihrerseits Reibung erzeugen. Thermodynamisch ist mehr Drehmoment pro Zündung zwar grundsätzlich möglich, doch die zusätzliche Reibung könnte den Gewinn wieder aufzehren. Hinzu kommt, dass ein solcher Kurbeltrieb voraussichtlich rau und laut läuft und die Zahnräder ungleichförmig belastet und verschleißt. Da Verdichtung und Ausstoß kürzer ausfallen, bleibt zudem offen, ob ein kürzerer Verdichtungstakt überhaupt vorteilhaft wirkt.
Speed Stroke Engine im Kontext der Motorenentwicklung
Die Speed Stroke Engine reiht sich in eine lange Liste unkonventioneller Motorenkonzepte ein, die dem Hubkolbenprinzip mehr Effizienz abringen wollen. Die Motorenindustrie kennt den Kompromiss des Hubkolbenmotors seit über hundert Jahren und entwickelt ihn aus Kostengründen lieber weiter, statt auf grundlegend andere Bauformen zu setzen. Die Erfindung befindet sich nach eigenen Angaben im Status „patent pending“, also in der Phase der Patentanmeldung. Bis zu einem serienreifen Aggregat ist es damit ein weiter Weg, weshalb das Konzept vorerst eine interessante Idee bleibt.
Häufige Fragen
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Was ist die Speed Stroke Engine?
Die Speed Stroke Engine ist ein zum Patent angemeldetes Motorenkonzept des US-Erfinders Brian Schmidt. Über unrunde Zahnräder am Kurbeltrieb soll sich die Dauer der einzelnen Takte verändern lassen, um Leistung und Wirkungsgrad zu steigern.
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Wie funktioniert der Zahnradmotor von Brian Schmidt?
Die Gegengewichtspartie der Kurbelwelle wird zu einem unrunden Zahnradprofil umgeformt und mit einem Zahnrad auf einer zusätzlichen Abtriebswelle kombiniert. Dadurch verschiebt sich die Dauer der Takte, während das Gesamtübersetzungsverhältnis über eine volle Umdrehung bei 1:1 bleibt.
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Welche Takte werden bei der Speed Stroke Engine verlängert?
Verlängert werden der Ansaug- und der Arbeitstakt, verkürzt der Verdichtungs- und der Ausstoßtakt. Im gezeigten Beispielprofil beträgt die Veränderung jeweils rund 50 Prozent.
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Ist die Speed Stroke Engine schon serienreif?
Nein, die Technik befindet sich nach Angaben des Erfinders im Status der Patentanmeldung. Ob und wann ein lauffähiger Motor folgt, ist offen, zumal die zusätzliche Reibung und der Verschleiß als technische Hürden gelten.
