AT411844B - Heissgasmotor - Google Patents

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AT411844B
AT411844B AT0093600A AT9362000A AT411844B AT 411844 B AT411844 B AT 411844B AT 0093600 A AT0093600 A AT 0093600A AT 9362000 A AT9362000 A AT 9362000A AT 411844 B AT411844 B AT 411844B
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Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung betrifft einen Heissgasmotor mit mindestens einem Arbeitskolben und mindestens einem Verdrängerkolben, wobei zur Übertragung der Linearbewegung eines Antriebsteils in die Linearbewegung eines Abtriebsteils ein mit dem An- und Abtriebsteil gelenkig verbundener Hebel vorgesehen ist. 



   Je nachdem welches Antriebsaggregat für einen Drehantrieb vorliegt, gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, die Leistung des Drehantriebs zu steuern. Bei Verbrennungskraftmaschinen lässt sich die Leistung sehr gut über die Brennstoffzufuhr steuern, während beispielsweise bei Stirling- Motoren bzw. Heissgasmotoren eine Leistungssteuerung ohne Wirkungsgradverlust seit geraumer Zeit ein grosses Problem darstellt. Für die Leistungssteuerung von Stirling-Motoren ist es einerseits bekannt, die Toträume zu ändern, und andererseits, den Druck des Arbeitsgases zu ändern, wobei aber bei beiden Arten der Leistungssteuerung Wirkungsgradverluste bzw. relativ grosse Redukti- onszeiten auftreten. 



   Aus der US 3 886 744 A ist beispielsweise ein Leistungssteuersystem für einen Stirling-Motor bekannt, bei dem der Einlassdruck der Heissluft über ein ringförmiges Steuerelement, das je nach   vorliegendem Differentialdruck den Einlass öffnet bzw. schliesst, gesteuert wird ; Nachteil ist   hier, dass eine sehr aufwendige Konstruktion vorliegt, und dass sich durch die Drucksteuerung der Wirkungsgrad des Stirling-Motors verschlechtert. 



   Aus der US 2 873 611A ist eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei der mit Hilfe eines kreisbogenförmigen Hebelarms der Hub eines Kolbens geändert und somit die Leistung der ab- triebsseitigen Kurbel eingestellt werden kann. Der Hebelarm weist hierzu eine Kulissenführung auf, in welcher ein Verbindungskopf gleitend gelagert ist. Da bei Verbrennungskraftmotoren jedoch eine Vielzahl von anderen, vorteilhaften Möglichkeiten zu einer effizienten Leistungssteuerung zur Verfügung stehen, ist eine derartige Vorrichtung bei Verbrennungskraftmaschinen unzweckmässig. 



   Aus der US 4 392 350 A ist ein Stirling-Motor mit doppeltwirkendem Kolben bekannt, bei dem eine Bewegungsübertragungsvorrichtung vorgesehen ist, über welche das Totvolumen im Arbeits- raum, der mittlere Arbeitsdruck des Arbeitsgases sowie der Phasenwinkel zwischen benachbarten Kolben geändert werden kann. Die Bewegungsübertragungseinrichtung weist einen Steuerhebel auf, der auf einer Steuerwelle aufgekeilt ist. Ein Leistungshebel ist um eine Schwenkachse schwenkbar mit dem Steuerhebel verbunden, wobei dieser senkrecht zur Kolbenbewegungsrich- tung angeordnet ist und an seiner der Kolbenstange zugewandten Oberseite eine gekrümmte Steuerfläche aufweist. Auf dieser liegt eine an der Kolbenstange drehbar gelagerte Rolle auf.

   Zur Bewegungsübertragung der Linearbewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung liegt eine Exzenter-Rolle des Steuerhebels auf einer mit der Abtriebswelle verbundenen Nocke auf. Somit ergibt sich eine konstruktiv aufwendige Vorrichtung, bei welcher zwar durch die Horizontalverstel- lung des Steuerhebels eine Hubsteuerung des Kolbens erzielt werden kann, jedoch hohe Übertra- gungskäfte auftreten und lediglich eine ineffiziente Leistungssteuerung erzielt wird. 



   In der US 680 237 A ist ein gattungsfremder Verbrennungsgasmotor gezeigt, bei dem eine Vor- richtung zur Übertragung der Linearbewegung der Kolbenstangen in eine Rotationsbewegung vorgesehen ist, wobei ein Hebelarm endseitig mit der Kolbenstange bzw. mit einem Gestänge sowie einem schwenkbar gelagerten Arm schwenkbar verbunden ist. Zur Bewegungsübertragung ist der Hebelarm an einem Schwenkpunkt angelenkt, der seitlich an einem Gestänge vorgesehen ist, dessen Stellung über einen Hebelarm, der mit der Drehachse verbunden ist, einstellbar ist und während der Bewegungsübertragung ortsfest angeordnet ist.

   Die Stellung der Drehachse kann über ein Zahnrad, das mit Hilfe eines Stellteils, der mit einem Endlosgewinde über ein Antriebs- Kegelrad verdreht werden kann, eingestellt werden, so dass sich - insbesondere in Anbetracht der zahlreichen anderen Möglichkeiten zur Leistungssteuerung bei einem Verbrennungsgasmotor - eine aufwendige, ineffiziente Leistungssteuerung ergibt. 



   Aus der US 4 553 392 A ist ein Heissgasmotor bekannt, bei dem eine Gasfeder mit einer Kol- benstange eines Verdrängerkolbens verbunden ist, um den Verdrängerkolben zu zentrieren und somit die Belastung auf die Verdrängerkolbenlagerstelle zu vermindern. Zur Bewegungsübertra- gung zwischen dem Verdrängerkolben und dem Arbeitskolben ist ein Kniehebel vorgesehen, der gelenkig mit der Arbeitskolbenstange bzw. über einen Hebel mit Antriebsteilen des Arbeitskolbens verbunden ist, jedoch ist dieser Kniehebel nicht zur Leistungssteuerung des Heissgasmotors vorge- sehen. 



   Ziel der Erfindung ist es, einen Heissgasmotor der eingangs angeführten Art zu schaffen, bei 

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 dem auf konstruktiv einfache Weise eine rasche Leistungssteuerung ohne Senkung des Wirkungs- grades möglich ist. 



   Der erfindungsgemässe Heissgasmotor der eingangs angeführten Art ist dadurch gekennzeich- net, dass zur Leistungssteuerung des Heissgasmotors dem Hebel ein verstellbarer Schwenkpunkt zugeordnet ist, wobei während der Bewegungsübertragung der Lagerpunkt des Hebels am Schwenkpunkt gemäss einer Kurve wandert. Diese Kurve kann dabei eine beliebige Form - je nach Anforderung der Bewegungsübertragung bzw. je nach Art des jeweiligen Heissgasmotors - aufwei- sen. 



   Da sich die theoretische Leistung eines Heissgas- bzw. Stirling-Motors - bei Annahme einer iso- thermen Expansion und Kompression - mit 
 EMI2.1 
 ausdrücken lässt, wobei : P........... Leistung 
 EMI2.2 
 n............ Drehzahl [U/min]   VE.max.....maximales   Volumen des Expansionsraums   Vc.max.....   maximales Volumen des Kompressionsraums 
 EMI2.3 
   #.......   Druckverhältnis des Motors und    #...tan#= wsin #+wcos#     mit 9   = Phasenwinkel zwischen Arbeitskolben und Verdrängerkolben, und w = Vcmax das Verhältnis der maximalen Volumina von Kompression und Expansion, sowie vEmax r= das Temperaturverhältnis zwischen Kompressionsvolumen und Expansionsvolumen ist,

   
TE kann eine Leistungssteuerung ohne Wirkungsgradverluste mittels der Hebelvorrichtung gemäss dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 vorgenommen werden, da sich vorzugsweise das maximale Kompressionsvolumen   Vc.max   und somit die Druckverhältnisse   #   des Motors sehr gut steuern lassen. 



   Mittels der Einstellung des Schwenkpunkts, auf dem der Hebel bzw. dessen Lagerpunkt wäh- rend der Bewegungsübertragung wandert, kann somit auf sehr einfache Weise die Geschwindig- keit und die Beschleunigung des Abtriebsteils und eine dadurch bedingte Veränderung der maxi- malen Volumina des Kompressionsraums erreicht werden, wodurch die Leistung des Heissgasmo- tors gesteuert werden kann. 



   Für eine konstruktiv einfache Realisation der Veränderung des Lagerpunkts des Hebels wäh- rend der Bewegungsübertragung ist es vorteilhaft, wenn der Hebel eine die gegebene Kurve defi- nierende Kulisse aufweist, die während der Bewegungsübertragung über den Schwenkpunkt, z.B. eine diesen Schwenkpunkt definierende Rolle, gleitet. 



   Für eine gut definierte Leistungssteuerung des Heissgasmotors hat es sich als besonders vor- teilhaft erwiesen, wenn die Kurve bzw. Kulisse kreisbogenförmig verläuft; an sich sind aber selbst- verständlich auch andere Kurvenformen, z. B. zwei Kreisbogensegmente tangential verbunden oder eine elliptische Form, für bestimmte Einsatzzwecke denkbar. 



   Um die Einstellung des Schwenkpunkts auf einfache Weise verstellen zu können, ist es von Vorteil, wenn der Schwenkpunkt an einem Schwenkarm angebracht ist. 



   Auf konstruktiv besonders einfache Weise, kann die Verstellung des Schwenkpunkts realisiert werden, wenn der Schwenkarm mit einer Stellvorrichtung verbunden ist. 



   Um die Drehpunkte von zwei Hebeln - im Fall zumindest einer Zwei-Zylinder-Anwendung - je- weils gleich zu verstellen, ist es vorteilhaft, wenn die Stellvorrichtung über jeweils ein Gestänge mit einem Schwenkarm verbunden und symmetrisch zwischen mindestens zwei Hebeln vorgesehen ist. 

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   Für eine konstruktiv einfache Ausgestaltung der Stellvorrichtung ist es günstig, wenn als Stell- vorrichtung ein Spindeltrieb vorgesehen ist. 



   Bei einem Heissgasmotor mit einem doppelwirkenden Arbeitszylinder, bei dem die Bewegung des Arbeitskolbens sinusförmig erfolgt, ist es vorteilhaft, wenn zur Leistungssteuerung der Verdrängerkolben dem Hebel zugeordnet ist, wodurch eine dynamische Hubveränderung sowie eine diskontinuierliche Bewegung des Verdrängerkolbens erfolgt. 



   Für einen zuverlässigen Lauf des Verdrängerkolbens bzw. Arbeitskolbens ist es günstig, wenn der Antriebsteil mit einer mit dem Verdrängerkolben bzw. dem Arbeitskolben verbundenen, in einer Geradeführung linear geführten Kolbenstange gelenkig verbunden ist. 



   Für den erforderlichen Wärmeaustausch an das Arbeitsgas zwischen Erhitzer- bzw. Kühlerflä- chen ist es günstig, wenn der Verdrängerkolben beidseitig ein Wellenprofil aufweist, das in be- nachbarte Erhitzer bzw. Kühlerflächen eingreifen kann. Auf diese Weise können im Vergleich zu planen Oberflächen wesentlich grössere Oberflächen in Kontakt mit dem Arbeitsgas treten. 



   Hinsichtlich einer hohen Festigkeit des Verdrängerkolbens ist es günstig, wenn die lamellenarti- gen Wellenprofile des Verdrängerkolbens um 90  zueinander verdreht angeordnet sind. 



   Anstatt abtriebsseitig mit einer herkömmlichen Kurbelwelle zusammenzuarbeiten, kann es be- züglich der Kinematik für eine maximale Annäherung an den idealen Kreisprozess vorteilhaft sein, wenn die Linearbewegung des Abtriebsteils mittels einer als Kurbel dienenden Gleitkulisse in eine Rotationsbewegung umgesetzt wird. 



   Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Aus- führungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, noch weiter erläutert. Im Einzel-   nen zeigen in der Zeichnung : 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur gesteuerten   Umsetzung von Linearbewegungen, wobei sich ein Antriebsteil, dessen Linearbewegung über einen Hebel, dessen Lagerpunkt am Schwenkpunkt gemäss einer Kurve wandert, umgesetzt wird, in seiner unteren Endlage befindet ; Fig. 2 eine Ansicht einer Vorrichtung gemäss Fig. 1, wobei sich der Antriebsteil in einer Mittel- bzw.

   Nullstellung befindet ; Fig. 3 eine Ansicht der Vorrichtung ge- mäss den Figuren 1 und 2, wobei sich der Antriebsteil in einer oberen Endlage befindet ; Fig. 4 eine Ansicht eines Stirling-Motors mit zwei Verdrängereinheiten und jeweils einer Vorrichtung zur Steue- rung der Hin- und Herbewegung eines Verdrängerkolbens; Fig. 5 eine Seitenansicht des Stirling-   Motors gemäss Pfeil V in Fig. 4 ; 6 eine Schnittdarstellung gemäss der Linie VI-VI in Fig. 5 ; 7 eine perspektivische Ansicht des Stirling-Motors gemäss den Figuren 4-6 ; 8 eine auseinander-   gezogene Darstellung einer Verdrängereinheit des Stirling-Motors mit Kühl- bzw.

   Heizflächen, die ein Wellenprofil aufweisen; Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Verdrängerkolbens zur Hin-   und Herbewegung in einer Verdrängereinheit gemäss Fig. 8 ; 10 eine auseinandergezogene Darstellung des Verdrängerkolbens gemäss Fig. 9 ; die Figuren 11a-11d verschiedene Graphik-   Darstellungen zum in den Figuren 4-7 gezeigten Stirling-Motor, wobei jeweils eine andere Position des Schwenkpunkts des Hebels zur Steuerung der Hin- und Herbewegung des Antriebsteils vor- liegt. 



   In Fig. 1 bis 3 ist eine Vorrichtung 1 zur gesteuerten Umsetzung von Linearbewegungen ge- zeigt, wobei ein als Antriebsteil arbeitendes Pleuel 2 vorgesehen ist, welches gelenkig mit einer Kolbenstange 3 eines Verdrängerkolbens 4 eines Stirling-Motors (s. Fig. 6) verbunden ist. Weiters ist das Pleuel 2 um eine Achse 2' gelenkig mit einem Hebel 5 verbunden, welcher eine vorgegebe- ne Steuerkurve in Form einer Kulisse 6 aufweist, in der eine um eine Achse 7' frei drehbare Rolle 7 als Schwenkpunkt für den Hebel 5 (nachfolgend deshalb auch "Rollhebel" bezeichnet) vorgesehen ist. Das andere Ende des im Wesentlichen um 90  abgewinkelten Hebels 5 ist um eine Achse 8' gelenkig mit einer Abtriebsstange 8 verbunden, auf welche die Linearbewegung der Verdränger- kolbenstange 3 übertragen wird.

   Die Abtriebsstange 8 ist wiederum linear gelagert, jedoch hinsicht- lich der Linearbewegung der Verdrängerkolbenstange 3 um 90  verdreht. 



   Wie aus den Figuren 1-3 ersichtlich, wandert der Lagerpunkt des Hebels 5 je nach Stellung der Verdrängerkolbenstange 3 bzw. des Pleuels 2 entlang einer Kurve 6', welche von der Kulisse 6 festgelegt ist. 



   Eine der wesentlichen Grössen zur Bestimmung der Bewegungsübertragung zwischen der Verdrängerkolbenstange 3 und der Abtriebsstange 8 ist der Abstand LR (s. Fig. 2) zwischen der Drehachse 8' zwischen dem Hebel 5 und der Abtriebsstange 8 und der Drehachse 7', auf welcher die Rolle 7 drehbar gelagert ist. Dieser Abstand LR lässt sich ausdrücken als 

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 EMI4.1 
 wobei x die horizontale Lage der Drehachse 8' (und somit die Verschiebung der Abtriebsstange 8), y1 den vertikalen Abstand zwischen den Drehachsen 8' und 7' und z1 den horizontalen Abstand zwischen den beiden Drehachsen 8', 7' angibt. 



   Weiters ist der Winkel a, den die gedachte Verbindungslinie zwischen den Drehachsen 7', 8' zur Vertikalen einschliesst, für die Bewegungsübertragung von Bedeutung, und dieser Winkel a lässt sich ausdrücken mit 
 EMI4.2 
 während die Änderung   #Ó   dieses Winkels als 
 EMI4.3 
 angegebene werden kann, wobei als Referenz die Mittel- oder Nullstellung, die in Fig. 2 gezeigt ist, herangezogen wurde, in welcher ein Schenkel des Hebels 5 horizontal und der andere Schenkel des Hebels 5 vertikal vorliegt. 



   Weiters ist der Winkel &num; zwischen der Verbindungslinie zwischen den Drehachsen 7', 8' und der Verbindungslinie zwischen den Drehachsen 7', 2' für die Bewegungsübertragung von Bedeutung, wobei 
 EMI4.4 
 bzw. 
 EMI4.5 
 und   #ss   = ss(x0-ss(0) gilt, wobei R den einstellbaren Rollradius der Rolle 7 darstellt und a den vertikalen Abstand des gedachten Mittelpunkts des Rollradius von der Mittellinie der Abtriebsstange 8 darstellt. Weiters ist die Lage der Drehachse 2' von Bedeutung, wobei diese von der jeweiligen Stellung der An- bzw. 



  Abtriebsstange abhängig ist und sich somit als   x'(x)= -LR' * cos#(x)+ x   bzw. y' (x) = LR' sin   #(x)   anschreiben lässt, wobei sich der   Winkel #   mit Hilfe der Differenzwinkel Aa bzw.   #ss   als 
 EMI4.6 
 ausdrücken lässt, wobei in der Mittelstellung   #(0)=   arctan   R + b   
R+b gilt, und b der horizontale Abstand zwischen dem gedachten Rollkreismittelpunkt R und der Achse 2' in der Mittelstellung ist. LR' ist der Abstand zwischen den Drehachsen 8' und 2', und kann somit als 

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   LR' =     #(R   + a)2 + (R + b)2 angeschrieben werden. 



   Die Lage der Verdrängerkolbenstange 3 lässt sich mit Hilfe der Drehachse 3' zwischen der Verdrängerkolbenstange 3 und dem Pleuel 2 als 
 EMI5.1 
 anschreiben, wobei die Drehachse in der in Fig. 2 gezeigten Stellung in der Lage 
 EMI5.2 
 vorliegt, und wobei I die Länge des Pleuels 2 darstellt und c den horizontalen Abstand der Achse 8' in der Referenzstellung von der Mittelachse der Verdrängerkolbenstange 3 angibt. 



   In Fig. 3 ist die Verdrängerkolbenstange 3 in ihrer obersten Position dargestellt, wobei ersicht- lich ist, dass die Rolle 7 weder in dieser Extremstellung noch in der in Fig. 1 gezeigten Extremstel- lung am Rand der Kulisse 6 zum Anliegen kommt. 



   In Fig. 4 ist ein Stirling- bzw. Heissluft-Motor 10 mit Vorrichtungen 1 zur gesteuerten Linearbe- wegungsübertragung von einer jeweiligen Verdrängerkolbenstange 3 auf eine zugehörige Ab- triebsstange 8 gezeigt. Der Stirling-Motor 10 weist zwei Verdrängereinheiten 11 auf, in denen jeweils ein Verdrängerkolben 4 hin- und herbewegt wird. Die vom jeweiligen Hebel 5 beschriebene Bewegung lässt sich durch Einstellung der Position der Rolle 7, welche über einen Schwenkarm 12 einstellbar ist, verändern. Für die Einstellung der Position des Schwenkarms 12 ist jeweils ein Gestänge 13 vorgesehen, welches mit Hilfe eines gemeinsamen Spindeltriebs 14 über ein Stellrad 15 verstellbar ist. Hierbei lässt sich durch Hochdrehen des Stellrades 15 die Position der Rollen 7 derart verändern, dass es zu einer Leistungsveränderung kommt, wie aus den Figuren 11a-11d ersichtlich ist. 



   In der in Fig. 5 gezeigten Seitenansicht des Stirling-Motors 10 ist der Arbeitszylinder 16 ersicht- lich, der über eine Leitung 17 angespeist wird. In einen Brennraum 18 (vgl. Fig. 6) der Verdränger- einheit 11 wird über eine Leitung 19 über einen Wärmetauscher 20 mit Hilfe der Wärme des über eine Leitung 21 zugeführten Abgases erwärmte Frischluft für die Verbrennung eingebracht, welche nachdem sie den Wärmetauscher 20 durchlaufen hat, über die Leitung 22 in die Umgebung ent- weichen kann.    



  In Fig. 6 ist ein Schnitt des Stirling-Motors 10 gemäss der Linie VI-VI in Fig. 5 gezeigt ; ist   ein wellenartiges Profil 23 der Kühlerflächen 24 bzw. Erhitzerflächen 25 ersichtlich, wobei diese Wärmetauschflächen 24, 25 beispielsweise aus Keramik bestehen können. Die Erhitzerflächen 25 schliessen an die Brennräume 18 an, in welchen jeweils ein Brenner 26 zur Erhitzung bzw. Verbren- nung der über die Leitungen 19 eingebrachten, schon vorgewärmten Frischluft vorgesehen ist. Der Verdrängerkolben 4 verschiebt das Arbeitsgas zwischen einer heissen Kammer 27 und einer kühlen Kammer 28, wobei der Mittelteil 37 des Verdrängerkolbens 4 den Regenerator beinhaltet (vgl. 



  Fig. 5). 



   Weiters ist in Fig. 6 ersichtlich, dass zur Führung der Verdrängerkolbenstange 3 das Pleuel 2 mittels eines in einer Geradeführung 30 geführten Gelenks 3' verbunden ist. Zur Bewegungsüber- tragung von der Abtriebsstange 8 auf eine Kurbelwelle 31 (vgl. Fig. 5) ist eine Art Kurbeltrieb 32 (Fig. 6) vorgesehen. 



   In Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht des Stirling-Motors 10 mit den den Verdrängereinhei- ten 11 zugeordneten Vorrichtungen 1 zur gesteuerten Übertragung der Linearbewegungen der Pleuel 3 gezeigt. Weiter ist der Verstellmechanismus für die Rollen 7 über die Stangen 13 ersicht- lich, welche durch Verdrehen des Stellrads 15 eine Einstellung der Position der Rollen 7 ermög- licht, wodurch wiederum eine Leistungssteuerung des Stirling-Motors 10 durch die geänderte Hin- und Herbewegung des Verdrängerkolbens 4 gesteuert wird. 



   In Fig. 8 ist eine auseinandergezogene Darstellung der Verdrängereinheit 11 gezeigt. Im We- sentlichen sind im Kühlerdeckel-Bereich die Geradeführung 30 für die Aufnahme der gelenkigen Verbindung zwischen der Verdrängerkolbenstange 3 und dem Pleuel 2 gezeigt, welche an den kühlerseitigen Deckel 33 angeschraubt ist. Die für die Kühlung vorgesehene Wärmeaustauschflä- 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 che 24 ist über mehrere Schrauben 34 mit dem kühlerseitigen Deckel 33 verbunden. Weiters ist ein Zylinder35 vorgesehen, an welchem die Leitung 17 zur räumlichen Verbindung mit dem Arbeitszy- linder 16 vorgesehen ist.

   Die heisse Wärmetauschfläche 25 weist wie die kühle Wärmeaustausch- fläche 24 ein aus Stabilitätsgründen beidseitiges, vorzugsweise um 90  verdrehtes wellenartiges Oberflächenprofil auf, um eine möglichst grosse Oberfläche zu erreichen, welche einen Wärmeaus- tausch zwischen der heissen bzw. der kühlen Fläche und der Verdrängerkammer begünstigt. 



   Aus den Fig. 9 und 10 ergibt sich, dass am pleuelseitigen Ende der Verdrängerkolbenstange 3 eine Rolle 36 vorgesehen ist, welche in der Geradeführung 30 gleitet, wodurch die Linearführung des Verdrängerkolbens 4 zuverlässig gegeben ist. Der Verdrängerkolben 10 besteht aus drei Einzelteilen, wobei auf einer Regenatorscheibe 37 jeweils Profilhälften 38 aufgeschraubt sind, welche das erwähnte Wellenprofil aufweisen, welches zum gegenseitigen Eingriff mit den Wellen- profilen der Wärmeaustauschflächen 24 bzw. 25 vorgesehen ist. Die Regeneratorscheibe 37, die z. B. aus Keramik bestehen kann, weist schlitzförmige Hohlräume 37' auf, in denen ein Regenera- tormaterial, z. B. gesinterte Stahlwolle mit einer ca. 60-70% Porosität, eingebettet ist. 



   In den Figuren 11a-11d sind in jeweils vier Schaubildern vier unterschiedliche Einstellungen der Position der den Rollhebel 5 abstützenden Rolle 7 gezeigt. Jede der Figuren 11a - 11d weist hierbei ein p-V Diagramm I, eine Darstellung ll der sich ändernden Volumina während einer vollen Hin- und Herbewegung des Arbeits- bzw. Verdrängerkolbens, eine Darstellung lll der Kolbenpositi- onen des Arbeitskolbens sowie des Verdrängerkolbens über einen vollen Zyklus und eine normier- te Darstellung IV der Kolbenposition des Arbeits- und Verdrängerkolbens bezüglich deren der Einstellung der Rolle 7 entsprechend möglichen Extremstellungen auf. 



   Aus der Fig. 11a ist ersichtlich, dass eine Leistungssteigerung bei einer sehr stark aus der Ver- tikalen verschwenkten Position der Rolle 7 möglich ist, bei der die Phasenverschiebung zwischen dem Verlauf 40 des Arbeitskolbens und dem Verlauf 41 des Verdrängerkolbens von 90  auf ca. 65  (vgl. Darstellung 111) reduziert ist, wodurch ein gegenüber einem normalen Sinusverlauf 42 erhöhter Maximaldruck 43 (vgl. Diagramm I) erreicht wird und die Leistung in dem in Fig. 11a gezeigten Beispiel auf 102,3 kW (vgl. Computer-simulierter p-V-Verlauf 44 mit Rollhebelsteuerung) gegen- über 86,2 kW (vgl. Computer-simulierter p-V-Verlauf 45) bei einem herkömmlichen Sinusverlauf des Verdrängerkolbens 4 erhöht werden kann. 



   Aus dem Schaubild ll ist aus dem Verlauf des Arbeitsvolumens 46 und des Verdrängervolu- mens 47 ersichtlich, dass bei der in Fig. 11agezeigten Einstellung die gesamten Volumina des Arbeits- und des Verdrängerkolbens genützt werden. Weiters ist in den normierten Darstellungen IV der Figuren 11a - 11d der relative Kolbenverlauf 48 des Arbeitskolbens und der relative Kolben- verlauf 49 des Verdrängerkolbens dargestellt. 



   Bei einem Hochdrehen des Stellrades 15, wodurch die Rolle 7 in Richtung einer vertikalen Posi- tion verstellt wird, ist aus den Figuren 11b - 11d ersichtlich, dass je nach Stellung der Rolle 7 der Maximalhub des Verdrängerkolbens 4 (vgl. die Darstellungen lll in den Figuren 11b und 11c) reduziert wird, wodurch das aktive Volumen des Verdrängerkolbens 4 reduziert wird (vgl. die Darstellungen ll) und somit eine Wirkungsgrad-neutrale Leistungssteuerung des Stirling-Motors 10 erreicht wird. 



   Aus Fig. 11d ist in der Darstellung lll ersichtlich, dass der Hub des Verdrängerkolbens sogar in den negativen Bereich verschoben werden kann, (Kurve 41), was zu einer weiteren Reduktion des Verdrängervolumens (vgl. die Darstellung ll in Fig. 11d) und somit zu einer weiteren Leistungsre- duktion führt, wodurch sich bei einer Einstellung gemäss Fig. 11 d einer Leisungsreduktion auf 18,5 kW ergibt, vgl. auch das p-V-Diagramm I in Fig. 11d. 

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Claims (12)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Heissgasmotor (10) mit mindestens einem Arbeitskolben und mindestens einem Verdrän- gerkolben (4), wobei zur Übertragung der Linearbewegung eines Antriebsteils (2) in die Li- nearbewegung eines Abtriebsteils (8) ein mit dem An- und Abtriebsteil (2,8) gelenkig ver- bundener Hebel (5) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Leistungssteuerung des Heissgasmotors (10) dem Hebel (5) ein verstellbarer Schwenkpunkt (7) zugeordnet ist, wobei während der Bewegungsübertragung der Lagerpunkt des Hebels (5) am Schwenk- <Desc/Clms Page number 7> punkt (7) gemäss einer Kurve wandert.
  2. 2. Heissgasmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (5) eine die ge- ebene Kurve definierende Kulisse (6) aufweist, die während der Bewegungsübertragung über den Schwenkpunkt (7), z. B. eine diesen Schwenkpunkt (7) definierende Rolle, gleitet.
  3. 3. Heissgasmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurve bzw. Ku- lisse (6) kreisbogenförmig verläuft.
  4. 4. Heissgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkpunkt (7) an einem Schwenkarm (12) angebracht ist.
  5. 5. Heissgasmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkarm (12) mit einer Stellvorrichtung (14) verbunden ist.
  6. 6. Heissgasmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtung (14) über jeweils ein Gestänge (13) mit einem Schwenkarm (12) verbunden und symmetrisch zwischen mindestens zwei Hebeln (5) vorgesehen ist.
  7. 7. Heissgasmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Stellvorrichtung ein Spindeltrieb (14) vorgesehen ist.
  8. 8. Heissgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Leis- tungssteuerung der Verdrängerkolben (4) dem Hebel (5) zugeordnet ist.
  9. 9. Heissgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der An- triebsteil (2) mit einer mit dem Verdrängerkolben (4) verbundenen, in einer Geradeführung (30) linear geführten, Kolbenstange (3,3') gelenkig verbunden ist.
  10. 10. Heissgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkolben (4) beidseitig ein lamellenartiges Wellenprofil (23) aufweist.
  11. 11. Heissgasmotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die lamellenartigen Wel- lenprofile (23) des Verdrängerkolbens (4) um 90 zueinander verdreht angeordnet sind.
  12. 12. Heissgasmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Li- nearbewegung des Abtriebsteils (8) mittels einer als Kurbel dienenden Gleitkulisse (32) in eine Rotationsbewegung umgesetzt wird.
    HIEZU 12 BLATT ZEICHNUNGEN
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