der Buchberger-Motor

Wirkungsgrad-Steigerung von Kolbenmotoren

Der Buchberger-Motor

  • Ist ein Kolbenmotor neuer Bauart
  • Hat einen signifikant höheren Wirkungsgrad als aktuelle Motoren
  • Ist für alle Baugrößen geeignet (PKW, LKW, Nutzfahrzeuge, Großmotoren)
  • Ist im Besonderen für den Betrieb mit Wasserstoff geeignet, aber auch für alle anderen gasförmigen Treibstoffe sowie für Diesel und Benzin
  • Erreicht einen höheren Wirkungsgrad durch zwei Maßnahmen:
    1. Reduktion der Wärmeverluste über die Brennraumoberflächen
    2. Reduktion der Verlustenergie im Abgas

Die Bauart des Buchberger-Motors

  • Ist durch Innovationen geprägt, die ausschließlich konstruktiver Natur sind
  • Benötigt keine neue oder unerprobte Material- oder Fertigungstechnologie
  • Führt zu einem konzept-immanent höheren Wirkungsgrad - bei allen Arten von Kolbenmotoren
  • Lässt sich auf bestehenden Fertigungsstraßen bauen, zu gleichen Kosten wie aktuelle Motoren

Der Buchberger-Motor erzielt maximale Wirkungsgrade bei allen Arten von Kolbenmotoren:

aktuelle Motoren
Buchberger-Motor
PKW-Benzinmotor
38%
>50%
Prototyp (Benzin)

>45%
PKW-Dieselmotor
43%
>55%
Großmotoren
(vom LKW aufwärts)
<50%
>60%

Für den schnellen Überblick (knapp 2 min.)

Für alle, die es etwas genauer wissen wollen (ca. 9 min.)

Und alle, die es ganz genau wissen wollen:
… nehmen einfach mit uns Kontakt auf

Kolbenmotoren- ein Auslaufmodell?

Kolbenmotoren wandeln Wärmeenergie (z.B. den Heizwert von chemischen Treibstoffen) mit bestmöglichem Wirkungsgrad in technische Arbeit um und werden uns überall dort noch lange begleiten, wo hohe Energiedichten oder große Reichweiten benötigt werden: z.B. bei Nutzfahrzeugen, im Schwerlastverkehr, in der Schifffahrt oder Teilen der Luftfahrt – und vielleicht sogar beim PKW.
Auch bei stationären Anwendungen – etwa Gasmotoren oder Blockheizkraftwerke – ist der Kolbenmotor unverzichtbar und wird bei Verwendung nachhaltig erzeugter Treibstoffe wie z.B. Wasserstoff einen wesentlichen Beitrag zur (dezentralen) Speicherung von nachhaltig erzeugter Energie beitragen.

(Wo besonders hohe Leistungen oder Leistungsdichten erforderlich sind - etwa bei Hubschraubern, Großraumflugzeugen oder Großkraftwerken - werden (Gas-)Turbinen verwendet. Turbinen/Strömungsmaschinen kommen allerdings nicht an den Wirkungsgrad von Kolbenmaschinen heran)

Und die Brennstoffzelle?

Bei Verwendung von Wasserstoff als Energiespeicher können Brennstoffzellen zur (Rück-) Umwandlung in Strom verwendet werden. Brennstoffzellen

  • Haben einen maximalen Wirkungsgrad von ca. 60%
  • Sind teuer in der Herstellung
  • Benötigen meist einen zusätzlichen Energiespeicher (Batterie)
  • Sind aufwändig in der Handhabung – insbes. bei Mobilitäts-Anwendungen

Ganz ohne Umschweife:
Bei der Verwendung von Wasserstoff als Energiespeicher ist der Buchberger-Motor der Brennstoffzelle in jeder Hinsicht überlegen.

It´s just thermodynamics …

Seit ein paar grandiose Physiker und Mathematiker (u.A. Clausius, Carnot und Belpaire) im 19. Jahrhundert die Idee der Entropie mathematisch formuliert haben, wissen wir, welcher Anteil von „ungeordneter“ Wärmeenergie sich prinzipiell in „geordnete“ technische Arbeit umwandeln lässt.

Theoretisch wären Wirkungsgrade von 90% denkbar, wenn die obere Temperatur eines Verbrennungs- oder Erwärmungsvorganges 10 Mal höher ist als die untere Temperatur/die Umgebungstemperatur. Dieser „Carnot-Prozess“ ist technisch allerdings schwer umsetzbar, da unrealisierbare Verdichtungsverhältnisse und immense Hubräume/Expansionsräume vonnöten wären.

Technisch realisierbare Prozesse hätten immerhin theoretische Wirkungsgrade von etwa 60% bis 75% - wenn da nicht die Verluste wären, die in realen Maschinen unweigerlich auftreten: Reibungsverluste - und noch bedeutender: Wärmeverluste, die bei jedem Motor während bzw. nach der Verbrennung auftreten und – meist mit Flüssigkeitskühlung – „weggekühlt“ werden müssen.

Das führt zu realen Wirkungsgraden moderner Kolbenmotoren von ca. 38% (PKW-Benzinmotoren) bis max. 50% (Diesel-Großmotoren).

Was die Reibungsverluste betrifft, ist uns leider – zumindest bisher – noch nichts Bahnbrechendes eingefallen. Daher nehmen wir einfach an, dass Kolbenmotoren 10% der eingesetzten Wärmeenergie an die Reibung verlieren. Näherungsweise – aber das sei erlaubt, weil wir diesen Verlust einfach abziehen – bei aktuellen Motoren wie beim Buchberger-Motor.

Dann bleiben also zur signifikanten Wirkungsgrad-Steigerung aus thermodynamischer Sicht nur zwei Möglichkeiten:

  • Eine Reduktion der Verlustwärme über die Brennraumoberflächen
  • Eine Reduktion der Energieverluste im Abgas

Und diesbezüglich ist uns sehr wohl etwas Bahnbrechendes eingefallen:

Der Buchberger-Motor

  • Reduziert die Wärmeverluste über die Brennraum-Oberflächen um ca. die Hälfte
  • Reduziert die Energieverluste im Abgas auf ein Minimum

Dabei

  • Verwendet der Buchberger-Motor ausschließlich Innovationen konstruktiver Natur
  • Werden also keine neuen/unerprobten Material- oder Fertigungstechnologien benötigt
  • Bleibt die Leistungsdichte (Drehmoment bzw. kW bezogen auf den Hubraum) erhalten
  • Lässt sich der Buchberger-Motor auf bestehenden Fertigungsstraßen bauen –
  • zu gleichen Kosten wie aktuelle Kolbenmotoren

Und

  • der überragende Wirkungsgrad des Buchberger-Motors ist „system-immanent“,
  • und thermodynamisch zwingend, sozusagen „fix eingebaut“ – auch bei Teil-Last

Wie gesagt: it´s just thermodynamics …

Der aktuelle Prototyp:

Was wäre eine Idee ohne „proof of concept“?

Der aktuelle Prototyp

  • Ist ein kleiner Einzylinder-Konzeptaufbau einfachster Machart
  • Läuft mit Benzin (ROZ 95)
  • Hat ein Verdichtungsverhältnis von 8:1
  • Hat einen Wirkungsgrad von mehr als 45%

Dabei

  • Weist er noch zahlreiche Unzulänglichkeiten auf
  • Wurde er z.B. ohne moderne Simulationstechnik entwickelt und gebaut
  • Beweist er trotzdem eindrucksvoll die Machbarkeit und Wirksamkeit der Innovationen
  • Wird er z.B. auch bei minutenlangem Voll-Last-Betrieb nur etwas wärmer als „handwarm“ … obwohl er nur luftgekühlt ist

… ein „proof of concept“ eben.

Und Nachteile gibt´s keine?

Doch! Drei, um genau zu sein:

  • Obwohl der Prototyp ein kleiner Benzinmotor ist, ist die Bauart des Buchberger-Motors besser für Diesel und gasförmige Treibstoffe (insbesondere für Wasserstoff) und für Motoren größerer Bauart geeignet.
  • Die Bauart des Buchberger-Motors benötigt ein neu zu entwickelndes Bauteil bzw. eine neu zu entwickelnde Baugruppe, die bei Verbrennungsmotoren bisher noch nicht zum Einsatz kommt. Allerdings wird dieses Bauteil in anderen Bereichen seit vielen Jahrzehnten unter gleichen Betriebsbedingungen verwendet, sodass daraus keine Probleme zu erwarten sind
  • Die Abgastemperaturen des Buchberger-Motors könnten für die Verwendung der derzeit üblichen Katalysatortechnik für Benzin- oder Dieselmotoren etwas zu niedrig sein. Andererseits erreichen die Abgastemperaturen des Buchberger-Motors beinahe das Niveau von aktuellen Motoren nach dem Turbolader, sodass auch daraus kein prinzipielles Problem zu erwarten ist

Und was hat es mit der externen Wärmezufuhr auf sich?

Wir streben unweigerlich auf ein Zeitalter mit nachhaltig erzeugter Energie zu – egal, ob diese Transformation innerhalb von 20, 50 oder 100 Jahren stattfinden wird.

Unsere Zivilisation deckt nach wie vor etwa 80% ihres Primär-Energiebedarfs durch fossile Energieträger.

Fast die gesamte Primärenergie steht letztlich nur in Form von „niederwertiger“ Wärme zur Verfügung. Das trifft auf die derzeitigen Haupt-Energieträger (Öl, Kohle und Gas) zu, und auch auf die zukünftigen.

Überall dort, wo hochwertige Energieformen (technische Arbeit oder Strom) benötigt werden, kommt der effizienten Umwandlung von Wärme in technische Arbeit und ggf. Strom überragende Bedeutung zu.

Ein Motor, der diese Umwandlung mit maximalem Wirkungsgrad vollzieht, war, ist und bleibt Schlüsseltechnologie.

Umso mehr, wenn der Motor diesen maximalen Wirkungsgrad nicht nur bei interner Verbrennung sondern auch bei externer Wärmezufuhr erzielt.

Es gibt im Wesentlichen drei Alternativen zu fossilen Energieträgern:

  • Kernspaltung oder Kernfusion
  • Erdwärme

Und

  • Die ca. 1.500.000.000.000.000.000 kWh, die uns jährlich von der Sonne in Form von

Strahlungsenergie erreichen

Die Nutzung von Wind- und Wasserkraft, welche eine (indirekte) Form von Solargenergie darstellen, haben teils unerwünschte ökologische und landschaftsästhetische Nebenwirkungen.

Damit kommt der (direkten) Umwandlung der Sonnenstrahlung in Strom auf bereits verbauten Flächen eine zentrale Bedeutung zu.

Photovoltaikanlagen

  • Haben sehr niedrige Stromgestehungskosten
  • Haben einen geringen Wirkungsgrad über den Tagesgang (<10%)
  • Sind nicht grundlastfähig
  • Können (ohne zusätzliche Batterie o.Ä.) keinen Strom speichern

Der Buchberger-Motor hat auch bei externer Wärmezufuhr einen überragenden Wirkungsgrad und ist – neben einer innovativen Kollektortechnik - das Herzstück von Sol2Power.

Sol2Power ist ein thermisches Solarkraftwerk zur dezentralen Stromerzeugung in modularer Bauweise mit Modulgrößen von ca. 100 kW elektrischer Leistung.

Sol2Power

  • Wird ähnliche Stromgestehungskosten wie PV-Anlagen haben
  • Hat einen wesentlich höheren Wirkungsgrad als PV-Anlagen (>20% über den Tagesgang)
  • Wird grundlastfähig sein (Fremdheizung bei Dunkelphasen)
  • Kann mit Wasserstoff als Speichermedium große Energiemengen dezentral und beliebig lange speichern und wieder in Strom verwandeln – wesentlich billiger und mit besserem Wirkungsgrad als Brennstoffzellen

Sol2Power wurde als Förderprojekt bei der Invest-Bw eingereicht und wird von der Hermann Blechtechnik GmbH als Industriepartner und dem IGTE der Uni Stuttgart als Forschungspartner entwickelt.

Dazu eine Geschichte am Rande:

Die Bauart des Buchberger-Motors entstammt aus der Forschungsarbeit an einem Kolbenmotor mit externer Wärmezufuhr – also aus der Idee, ein solarthermisches Kraftwerk über den „Umweg“ der Thermodynamik zu entwickeln. Dass die Bauart des Buchberger-Motors auch für interne Verbrennung geeignet ist, ergab sich erst im Zuge dieser Entwicklung.

Und wem fällt sowas ein?

Ein etabliertes Massenprodukt wie einen Kolbenmotor weiterzuentwickeln und serientauglich zu machen, erfordert große Teams von Spezialisten, wie sie in jedem Unternehmen, das Motoren entwickelt, zu finden sind.

Um eine Problemstellung grundsätzlich neu zu beleuchten, ist oft der Blick auf diese Problemstellung aus einer gänzlich neuen Richtung erforderlich (wofür den genannten Spezialisten-Teams oft die Muße fehlt). Dazu ist manchmal nur eine einzige Person nötig, die zwar über das theoretische Rüstzeug aber nicht unbedingt über langjährige Erfahrung oder Detailwissen in diesem Bereich verfügen muss.

Diese Person ist im vorliegenden Fall

Martin Buchberger:

Martin Buchberger, Jahrgang 1967, studierte Maschinenbau/Fachrichtung Verbrennungskraftmaschinen und Fahrzeugbau an der TU Graz. Er war einige Jahre Mitarbeiter am Institut für Verbrennungskraftmaschinen. Er hat sich im Rahmen privater Forschungstätigkeit zur solarthermischen Stromerzeugung erst vor Kurzem wieder mit den Themen Thermodynamik und Kolbenmotoren auseinandergesetzt, er hat die Bauart des Buchberger-Motors für interne und externe Wärmezufuhr entworfen, den aktuellen Prototyp gebaut  und dabei die thermodynamischen Randbedingungen für Wärmekraftmaschinen radikal ausgereizt.

Markus Hermann / Hermann Blechtechnik:

Markus Hermann, Jahrgang 1969,  ist der Inhaber und Geschäftsführer der Alfred Hermann GmbH (Hermann Blechtechnik) und langjähriger Geschäftspartner von Martin Buchberger. Die Hermann Blechtechnik - ein Familienunternehmen in 3. Generation - ist als Zulieferer für die Automobilindustrie, Medizintechnik u.A. tätig – insbesondere als Spezialist für präzise Blechteile und für Entwicklung, Konstruktion und Fertigung von Teilen, Komponenten und ganzen Baugruppen.

Die Hermann Blechtechnik mit Sitz in Schorndorf/Baden Württemberg ist der Industriepartner für die Entwicklung von Sol2Power.

DI Johannes Proschek:

Johannes Proschek, Jahrgang 1969, hat Wirtschaftsingenieur Maschinenbau an der TU Graz studiert und war am Institut für Verbrennungskraftmaschinen in der Motorenforschung tätig. Danach arbeitete er unter anderem in der Motorenentwicklung bei AVL-List und Audi und im F1-Team von Toyota. Am KIT in Karlsruhe absolvierte er den Executive Master zum Thema alternative Antriebe und nachhaltige Mobilität, übernahm Management-Aufgaben bei KTM, Porsche Engineering Services, Brake Force One, ZF Sachs Micro Mobility und aktuell bei der Porsche-Tochter MHP Management.

Johannes Proschek war zuerst einer der externen Fachleute, die Martin Buchberger zur Überprüfung der thermodynamischen Überlegungen und des aktuellen Prototyps konsultierte, und ist nun als freier technischer und wirtschaftlicher Berater Teil des Teams.

Wie geht es nun weiter?

Als kleines Team mit exklusivem Know-How und kürzest-möglichen Entscheidungswegen sind wir der ideale Partner

  • Für Forschungseinrichtungen im Bereich der VKM und/oder Solarenergie, die das Konzept des Buchberger-Motors mit uns weiter entwickeln wollen
  • Für Unternehmen, die in einem Kolbenmotor mit überragendem Wirkungsgrad einen Marktvorteil für ihre Produkte sehen
  • Für Unternehmen, die sich mit der Erzeugung, Speicherung und Verstromung von Wasserstoff beschäftigen
  • Für Kapitalgeber, die in den Bereichen CO2-Reduktion / Mobilität / Solarenergie / Wasserstoff-Technologie / usw. gerne von Beginn an dabei sind – oder halt fast von Beginn an

Kontakt und Impressum:

Martin Buchberger
D-73614 Schorndorf: +49 7181 – 97842 13
A-6073 Sistrans: +43 664 – 5115 878
E-Mail: buchberger.martin@a1.net

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