DE10159497A1

DE10159497A1 - Hubkolbenvorrichtung

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Publication number: DE10159497A1
Application number: DE2001159497
Authority: DE
Inventors: Gottfried Roessle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-12-04
Filing date: 2001-12-04
Publication date: 2003-06-26

Abstract

Die erfindungsgemäße Hubkolbenvorrichtung ist mit einer Gaswechselsteuerung ausgerüstet, als deren hauptsächliche Kennzeichen die Vereinigung von Leistungs- und Steuerorganen und die Kombination von Hubschieber und Drehschieber angesehen werden kann. Die Gaswechselsteuerung beinhaltet einen Schieber, dessen Laufrad in einen Kolben und dessen Leitrad in eien Zylinder der Hubkolbenvorrichtung eingegliedert sein können, wobei der Kolben mit dem Laufrad neben der Oszillationsbewegung eine von derselben abhängige, von einer gesonderten Vorrichtung angetriebene Rotationsbewegung ausführt und Laufrad und Leitrad durch mindestens je eine in einen Hubraum sich öffnende Steueröffnung für die obere und für die untere Druckebene - in Umfangsrichtung des Zylinders versetzt - gekennzeichnet sind.

Description

Hubkolbenvorrichtungen sind bereits hinlänglich bekannt. Es ist die Aufgabe der Erfindung, die bekannten Hubkolbenvorrichtungen konstruktions- und verfahrenstechnisch zu verbessern und ihren Anwendungsbereich zu erweitern.
Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen. Die genannten Merkmale können jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die beschriebenen und gezeigten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern stellen lediglich Beispiele dar, an welchen die Erfindung deutlich gemacht werden soll.
Die erfindungsgemäße Hubkolbenvorrichtung ist mit einer Gaswechselsteuerung ausgerüstet, als deren hauptsächliche Kennzeichen die Vereinigung von Leistungs- und Steuerorganen und die Kombination von Hubschieber und Drehschieber angesehen werden kann.
Die Gaswechselsteuerung wird mit einem Schieber vorgenommen, dessen Laufrad in einen Kolben und dessen Leitrad in einen Zylinder der Hubkolbenvorrichtung eingegliedert sein können, wobei der Kolben mit dem Laufrad neben der Oszillationsbewegung eine von derselben abhängige, von einer gesonderten Vorrichtung angetriebene Rotationsbewegung ausführt und Laufrad und Leitrad durch mindestens je eine in einen Hubraum sich öffnende Steueröffnung für die obere und für die untere Druckebene - in Umfangsrichtung des Zylinders versetzt - gekennzeichnet sind.
Die erfindungsgemäße Hubkolbenvorrichtung eignet sich
als Kraftmaschine
für einzyklische verbrennungsmotorische Gas-Verdichtungs- und Ausdehnungsprozesse zur Erzeugung mechanischer Energie in einem einzigen Arbeitsspiel (Zweitakt- und Viertakt-Verfahren), mit Verbrennung in einem Zylinder, und
für einen zweizyklischen expansionsmotorischen Gas-Verdichtungs- und Ausdehnungsprozess zur Gewinnung mechanischer Energie in zwei getrennten, parallel oder sequentiell verlaufenden Arbeitsspielen, das eine für die Verdichtung, das andere für die Ausdehnung, auch mit einem oder mit mehreren in Temperatur, Druck, Volumen und Zusammensetzung unterschiedlichen Gasen, insbesondere für einen Luft-Dampf-Kombinationsprozess, und mit Verbrennung in einer vom Zylinder abgetrennten Brennkammer,
als Arbeitsmaschine
für parallele oder sequentielle Gas-Verdichtungs- und Ausdehnungsprozesse mit einem oder mehreren Gasen in einem Arbeitsspiel.
Die Zylinder der erfindungsgemäßen Hubkolbenvorrichtung sind vorzugsweise zweiseitig wirkend ausgebildet (2).
Die erfindungsgemäße Steuerung erfordert ein Laufrad (5) und ein Leitrad (6), wobei beide Räder vorzugsweise eine Länge in der axialen Richtung von einem halben Hub oder von einem ganzen Hub haben können, wobei jedoch die Ausführung mit einer halben Hublänge vorzugsweise angewendet wird. In der Mittelstellung des Kolbens befindet sich das Laufrad in der gleichen Höhe wie das Leitrad und es erreichen Volumenstrom und Öffnungsquerschnitt ihr Maximum.
Bei der sogenannten Kolbenversion (33) der Hubkolbenvorrichtung ist das Laufrad (33/5) als rohrförmiger, stirnseitig offener Hohlzylinder in Fortsetzung des Kolbenmantels (33/1) vorgesehen, und es ist in Fortsetzung des Laufrades ein Abdeckring (33/9) gleicher Länge zur Abdeckung der Leitradöffnungen während der Bewegung des Kolbens (1) in der unteren Hubhälfte vorgesehen. Das Leitrad (33/6) ist in den Innenmantel des Kolbenumfassungszylinders (34/2) als peripher verlaufender Ring feststehend eingegliedert.
Bei der sogenannten Kolbenstangenversion (34) der Hubkolbenvorrichtung ist das Laufrad (34/5) in den Kolbenstangenmantel (34/3) als peripher verlaufender Ring eingegliedert. Das Leitrad (34/6) ist als rohrförmiger stirnseitig offener Hohlzylinder in Fortsetzung des Innenmantels des Kolbenstangen-Umfassungszylinders (34/4) vorgesehen, und es ist in Fortsetzung des Leitrades ein Abdeckring (34/9) gleicher Länge zur Abdeckung der Laufradöffnungen während der Bewegung des Kolbens (34/1) in der oberen Hubhälfte vorgesehen.
Bei der kombinierten Version (35) der Hubkolbenvorrichtung ist je ein Laufrad (34/5) in den Kolbenmantel (35/5) und in den Kolbenstangenmantel (35/3) eingegliedert und je ein Leitrad (35/6) in den Innenmantel des Kolbenumfassungszylinders (35/2) und in den Innenmantel des Kolbenstangen-Umfassungszylinders (35/4).
Die Versionen können für unterschiedliche Anwendungen geeignet sein.
Die Kolbenversion (33) ist vielseitig anwendbar, da die Zylinder über periphere und axiale Übertragungsringe mit einer großen Anzahl von Anschlussstellen verbunden werden können.
Die Kolbenstangenversion (34) zeichnet sich besonders durch ihre Kompaktizität aus. Wegen der begrenzten Transportmöglichkeit innerhalb der Kolbenstange (34/3) ist sie nur für einfache Maschinen wie beispielsweise einstufige einzyklische Verbrennungsmotoren geeignet. Die Kolbenstange ist sodann in der Regel in ihrem Querschnitt aufzuteilen, damit die zu behandelnden Stoffe zugeleitet und abgeleitet werden können.
Die kombinierte Version (35) verfügt über zwei voneinander unabhängige Steuerradpaare. Die Öffnungsmuster können erstens so gewählt werden, dass dem einen Pfad die obere und dem anderen Pfad die untere Druckebene zugeordnet ist. Dann wird auf dem einen Pfad der Einlass und auf dem anderen Pfad der Auslass - mit jeweils doppeltem Öffnungsquerschnitt - stattfinden. Bei dieser Anordnung kann auf die Teilung des Kolbenstangenhohlraums verzichtet werden. Öffnungsmuster können zweitens so gewählt werden, dass jedem der beiden Pfade mindestens eine Öffnung der oberen und mindestens eine Öffnung der unteren Druckebene zugeordnet ist. Dann wird der Hubraum etwa zur Hälfte über den einen Pfad und zur anderen Hälfte über den anderen Pfad befüllt und in der gleichen Weise entleert.
Beim Betrieb der Hubkolbenvorrichtung steht das Leitrad fest, während sich das Laufrad oszillierend und zugleich rotierend auf der gemeinsamen Achse am Leitrad vorbeibewegt und auf der Innenmantelfläche des Umfassungszylinders eine gleichförmige, aus einer gedachten kreisförmigen Kurbelbahn abgeleitete oder eine ungleichförmige, aus einer gedachten elliptischen Kurbelbahn abgeleitete etwa sinusförmige Linie zeichnet.
Die Größenbestimmung und die Anordnung der Leitradöffnungen und der Laufradöffnungen erfolgt nach den in den Fig. 7 bis 9 dargestellten Regeln.
Die Leiträder erstrecken sich über die mit der Ziffer 3 gekennzeichneten Feldreihen. Da das Leitrad wie auch das Laufrad eine Zylinderform (Kreisform) bildet, spielt es keine Rolle auf welchen Feldplätzen ein Öffnungsmuster plaziert wird. Ein Öffnungsmuster kann daher in den Feldspalten 1 und 2, in den Feldspalten 2 und 3, in den Feldspalten 3 und 4 oder in den Feldspalten 4 und 1 plaziert werden.
In Fig. 7 sind die Zylindermäntel in der peripheren, waagrecht dargestellten Richtung in vier Feldspalten (1 bis 4) zu je 90° und in der axialen senkrecht dargestellten Richtung in acht Feldreihen (1 bis 8) eingeteilt, wobei die theoretische Länge eines Feldes (in der axialen, senkrechten Richtung) einer halben Hublänge entspricht. Die Leitäder sind in den mit der Ziffer 3 bezeichneten Reihen angeordnet.
Die Fig. 8 und 9 zeigen vier Zylindermäntel (1) mit ihren Leiträdern in den mit Ziffer 3 bezeichneten Feldreihen in der Abwicklung als Rechteck mit darübergelegten Kolbenmänteln (2) je im Totpunkt 1 (links) und im Totpunkt 2 (rechts). Die Kolbenmäntel sind in der peripheren Richtung in vier Feldspalten zu je 90° und in der axialen Richtung in sechs Feldreihen eingeteilt, wobei die theoretische Länge eines Feldes einer halben Hublänge entspricht. Die Laufräder sind in den mit Ziffer 5 bezeichneten Reihen angeordnet.
In jedem Falle müssen Leitrad und Laufrad in einer definierten Regel zueinander angeordnet sein.
Das Öffnungsmuster eines Laufrades entspricht etwa dem Öffnungsmuster eines Leitrades. Es ist jedoch in der axialen und in der peripheren Richtung gegenüber dem Leitrad-Öffnungsmuster gespiegelt.
Im deckelseitigen Totpunkt des Laufrades muss das Öffnungsmuster diejenigen Feldspaltenplätze einnehmen, die im Leitrad nicht belegt sind. In Fig. 8 und 9 wird dieser Forderung entsprochen.
Bei jeder der beiden Hubbewegungen einer Kolbenschwingung wird ein aus einer Leitradöffnung und einer Laufradöffnung bestehendes Öffnungspaar gleicher Druckebene (1 oder 2) zur Deckung gebracht, so dass durch das Öffnungspaar der einen Druckebene der Arbeitsstoff in den Hubraum geleitet und durch das Öffnungspaar der anderen Druckebene - nach einer Behandlung - der Arbeitsstoff aus dem Hubraum geleitet werden kann. Somit ist bei jeder geöffneten Kolbenbewegung ein Öffnungspaar mit Öffnungen gleicher Druckebene aktiv und ein anderes Öffnungspaar mit Öffnungen der anderen Druckebene inaktiv. Zur Passage der inaktiven Öffnungen sind Leerfelder in Leitrad und Laufrad vorgesehen.

Beispiel

Beim Öffnungsmuster 1 sind bei Rechtsdrehung des Kolbens in Zylinderseite 1 bei Hub von Zylinderseite 1 nach Zylinderseite 2 ( Fig. 8 links) die kurzen Öffnungen aktiv (Ausdehnung), bei dem darauf folgenden Hub von Zylinderseite 2 nach Zylinderseite 1 (Fig. 8 rechts) sind die langen Öffnungen aktiv (Entleerung).
Die nachfolgende Tabelle zeigt die gegebenen Verhältnisse und die möglichen Vorgänge auf: Tabelle 1
Um ausgeglichene Druckverhältnisse im Zylinder zu erhalten und alle Seitenkräfte zu unterbinden, sind die in den Fig. 7 bis 9 dargestellten Muster nicht über einen 360-Grad Vollkreis, sondern es sind zwei Muster über je einen 180-Grad-Halbkreis oder ein Vielfaches von zwei mit entsprechend aufgeteilten Kreisbögen anzulegen. Bei zwei Bögen bedeutet diese Forderung eine Erhöhung der Feldspalten von vier auf acht und der Anzahl der Öffnungen von zwei auf vier in jedem Rad. Damit liegt jeder Öffnung eine Öffnung gleicher Art und Druckebene gegenüber. Ausgenommen von dieser Notwendigkeit ist das Viertakt-Verfahren mit seinem drucklosen Einlass und Auslass, dargestellt in den Fig. 10.27 bis 10.30),
Bei den folgenden 33 Figuren (10.1 bis 10.33) sind nur die Fig. 10.1 bis 10.8 in den Einzelvorgängen beschrieben. Die Öffnungsmuster sind so gewählt, dass die Arbeitsspiele auf beiden Seiten eines Zylinders übereinstimmen. Jedoch sind bei dieser Anordnung die Hübe vertauscht. Wenn bei einem Verdichtungsarbeitsspiel auf der Zylinderseite 1 eine Befüllung stattfindet, findet auf der Zylinderseite 2 eine Verdichtung und Entleerung statt, und umgekehrt.
Die Zylindermantelabwicklung ist in den Fig. 10.01 bis 10.18 in peripherer Richtung in acht Feldspalten und in den Fig. 10.19 bis 10.26 in 16 Feldspalten und den Fig. 10.27 bis 10.33 in 8 Feldspalten und in axialer Richtung bei den Fig. 10.01 bis 10.33 in neun Feldreihen aufgeteilt.
Die Zylinderseite 1 ist zum Zylinderdeckel 1 ausgerichtet, die Zylinderseite 2 zum Zylinderdeckel 2. Die Zylindermantelfelder sind in der peripheren Richtung eingeteilt in 8 Spalten und in der axialen Richtung in 9 Reihen. In den Zylinderabwicklungen repräsentieren die Feldreihen 1 bis 4 die Zylinderseite 1, die Feldreihen 6 bis 9 die Zylinderseite 2. Die Reihe 5 wird von beiden Zylinderseiten beispielsweise für Dichtungs-, Kühl- und Schmierzwecke genutzt. Fig. 10.01 Reihen 1 bis 9
Die Figur zeigt eine Innenansicht des Zylindermantels (ZM) in der Abwicklung.
Reihen 1 bis 2 zeigen den Zylinderdeckel 1 und dienen der Unterbringung des Laufrades im Totpunkt 1 des Kolbens.
Reihen 3 und 7 zeigen die Leiträder 1 und 2 mit ihren Leitradöffnungen (gezeichnet als waagrecht schraffierte Rechtecke). Sie sind je durch zwei kurze Öffnungen und durch zwei lange Öffnungen gekennzeichnet. Die Leitradöffnungen führen in radialer Richtung bis zum axial verlaufenden Leitradkanal.

- Das Leitrad 1 beinhaltet zwei kurze Leitradöffnungen auf den Plätzen 1/3 und 5/3 und zwei lange Leitradöffnungen auf den Plätzen 4/3 und 8/3.
- Das Leitrad 2 beinhaltet zwei kurze Leitradöffnungen auf den Plätzen 1/7 und 5/7 und zwei lange Leitradöffnungen auf den Plätzen 4/7 und 8/7.

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Fig. 10.02

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2

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Fig. 10.03

2

4

6

8

Durch die Anschlüsse wird erreicht, dass jeder periphere Übertragungskanal an jeden axialen Übertragungskanal angeschlossen werden kann. Fig. 10.04 Die Fig. 10.04 zeigt eine Laufradabwicklung (schraffierte Fläche) mit Laufradöffnungen in der Mittelstellung des Kolbens wobei im Hintergrund eine Zylinderabwicklung dargestellt wird.
Reihen 1 bis 2 zeigen den Zylinderdeckel 1 und dienen der Unterbringung des Laufrades im Totpunkt 1 des Kolbens.
Reihen 2 bis 8 zeigen einen auf den Zylindermantel in der Abwicklung gelegten Kolbenmantel mit seinem Laufrad 1 (positiv schraffiert) und mit seinem Laufrad 2 in der Mittellage zwischen den Totpunkten 1 und 2. Der Kolben bewegt sich gegen die Deckelseite 1 hubraumverkleinernd (Verdichten, Entleeren) und gegen die Deckelseite 2 hubraumvergrößernd (Ausdehnen, Befüllen).
Reihen 2 bis 3 zeigen das Laufrad 1 mit seinem Abdeckrad 1.
Reihen 4 bis 6 zeigen den Verdrängungskörper des Kolbens.
Reihen 7 bis 8 zeigen das Laufrad 2 mit seinem Abdeckrad 2.
Von seiner Mittellage aus überdeckt der Kolben

- bei einer Bewegung in Richtung zum Totpunkt 1 die Reihen 1 bis 7,
- bei einer Bewegung in Richtung zum Totpunkt 2 die Reihen 3 bis 9.

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9

2

Fig. 10.05 bis 10.08

Die Prozessumkehrung vom Verdichten auf das Ausdehnen und vom Ausdehnen auf das Verdichten ermöglicht Rationalisierungen in der Umwandlung der Energien. Vor allem bei Straßen- und Schienenfahrzeug-Antrieben ist sie erwünscht, um die Fahrzeuge verschleißfrei abbremsen und gar die Bremsenergie übernehmen und anschließend verwerten zu können. Fig. 10.05 bis 10.06 Sie zeigen ein rechtsdrehendes Verdichtungs-Arbeitsspiel unter normalen Druckbedingungen. Fig. 10.05 zeigt eine rechtsdrehende Befüllung in einem Verdichtungs-Arbeitsspiel vom Totpunkt 1 zum Totpunkt 2.
Reihen 2 bis 4 (Befüllungshub) zeigen in Reihe 2 die Lage der Laufradöffnungen 1 bei Beginn des Befüllungshubs im Rahmen eines Verdichtungs-Arbeitsspiels.
Während des Hubs fährt die kurze Laufradöffnung von Platz 2/2 und die lange Laufradöffnung von Platz 3/2 zwischen den Begrenzungslinien 1 auf die Plätze 4/4 bzw. 5/4 und die kurze Laufradöffnung von Platz 6/2 und die lange Laufradöffnung von Platz 7/2 zwischen den Begrenzungslinien 2 auf die Plätze 8/4 bzw. 1/4. Dabei überfahren die langen Laufrad-Öffnungen vollflächig die langen Leitrad-Öffnungen, so dass - bei Vergrößerung des Hubraums - eine Befüllung aus dem Übertragungsring vorgenommen werden kann.
Reihen 6 bis 8 (Verdichtungshub) zeigen in Reihe 6 die Lage der Laufradöffnungen 2 bei Beginn des Verdichtungshubs im Rahmen eines Verdichtungs-Arbeitsspiels.
Während des Hubs fährt die kurze Laufradöffnung von Platz 4/6 und die lange Laufradöffnung von Platz 5/6 zwischen den Begrenzungslinien 3 auf die Plätze 6/8 bzw. 7/8. und die kurze Laufradöffnung von Platz 8/6 und die lange Laufradöffnung von Platz 1/6 zwischen den Begrenzungslinien 4 auf die Plätze 2/8 bzw. 3/8. Dabei findet bei der hubraumverkleinernden Kolbenbewegung (siehe Pfeile) eine Verdichtung statt. Danach überfahren die kurzen Laufrad Öffnungen vollflächig oder teilflächig die kurzen Leitradöffnungen, so dass - bei der hubraumverkleinernden Kolbenbewegung (siehe Pfeile) - eine Entleerung vorgenommen werden kann. Fig. 10.06 zeigt eine rechtsdrehende Verdichtung und Entleerung in einem Verdichtungs-Arbeitsspiel vom Totpunkt 2 zum Totpunkt 1.
Reihen 2 bis 4 (Verdichtungshub) zeigen in Reihe 2 die Lage der Laufradöffnungen 1 bei Beginn des Verdichtungshubs im Rahmen eines Verdichtungs-Arbeitsspiels.
Während des Hubs fährt die kurze Laufradöffnung von Platz 4/4 und die lange Laufradöffnung von Platz 5/4 zwischen den Begrenzungslinien 5 auf die Plätze 6/2 bzw. 7/2. und die kurze Laufradöffnung von Platz 8/4 und die lange Laufradöffnung von Platz 1/4 zwischen den Begrenzungslinien 6 auf die Plätze 2/2 bzw. 3/2. Dabei findet bei der hubraumverkleinernden Kolbenbewegung (siehe Pfeile) eine Verdichtung statt. Danach überfahren die kurzen Laufrad-Öffnungen vollflächig oder teilflächig die kurzen Leitradöffnungen, so dass - bei der hubraumverkleinernden Kolbenbewegung (siehe Pfeile) - eine Entleerung vorgenommen werden kann.
Reihen 6 bis 8 (Befüllungshub) zeigen in Reihe 6 die Lage der Laufradöffnungen 2 bei Beginn des Befüllungshubs im Rahmen eines Verdichtungs-Arbeitsspiels.
Während des Hubs fährt die kurze Laufradöffnung von Platz 2/8 und die lange Laufradöffnung von Platz 3/8 zwischen den Begrenzungslinien 7 auf die Plätze 4/6 bzw. 5/6. und die kurze Laufradöffnung von Platz 6/8 und die lange Laufradöffnung von Platz 7/8 zwischen den Begrenzungslinien 8 auf die Plätze 8/6 bzw. 1/6. Dabei überfahren die langen Laufrad-Öffnungen vollflächig die langen Leitrad-Öffnungen, so dass - bei der hubraumvergrößernden Kolbenbewegung (siehe Pfeile) - eine Befüllung aus dem Übertragungsring vorgenommen werden kann. Fig. 10.07 bis 10.08 zeigen ein linksdrehendes Ausdehnungs-Arbeitsspiel unter normalem Druckbedingungen. Fig. 10.07 zeigt eine linksdrehende Ausdehnung in einem Ausdehnungs-Arbeitsspiel vom Totpunkt 1 zum Totpunkt 2.
Reihen 2 bis 4 (Ausdehnungshub) zeigen in Reihe 2 die Lage der Laufradöffnungen 2 bei Beginn des Ausdehnungshubs im Rahmen eines Ausdehnungs-Arbeitsspiels.
Während des Hubs fährt die kurze Laufradöffnung von Platz 6/2 und die lange Laufradöffnung von Platz 7/2 zwischen den Begrenzungslinien 1 auf die Plätze 4/4 bzw. 5/4 und die kurze Laufradöffnung von Platz 2/2 und die lange Laufradöffnung von Platz 3/2 zwischen den Begrenzungslinien 2 auf die Plätze 8/4 bzw. 1/4. Dabei überfahren die kurzen Laufrad-Öffnungen vollflächig oder teilflächig die kurzen Leitradöffnungen, so dass - bei der hubraumvergrößernden Kolbenbewegung (siehe Pfeile) - eine Befüllung aus dem Übertragungsring vorgenommen werden kann. Danach findet eine Ausdehnung statt.
Reihen 6 bis 8 (Entleerungshub) zeigen in Reihe 6 die Lage der Laufradöffnungen 2 bei Beginn des Entleerungshubs im Rahmen eines Ausdehnungs-Arbeitsspiels.
Während des Hubs fährt die kurze Laufradöffnung von Platz 4/6 und die lange Laufradöffnung von Platz 5/6 zwischen den Begrenzungslinien 3 auf die Plätze 2/8 bzw. 3/8 und die Laufradöffnung von Platz 8/ 6 und die lange Laufradöffnung von Platz 1/6 zwischen den Begrenzungslinien 4 auf die Plätze 6/8 bzw 7/8. Dabei überfahren die langen Laufrad-Öffnungen vollflächig die langen Leitradöffnungen, so dass - bei der hubraumverkleinernden Kolbenbewegung (siehe Pfeile) - eine Entleerung in den Übertragungsring vorgenommen werden kann. Fig. 10.08 zeigt eine linksdrehende Entleerung in einem Ausdehnungs-Arbeitsspiel.
Reihen 2 bis 4 (Entleerungshub) zeigen in Reihe 2 die Lage der Laufradöffnungen 1 bei Beginn des Entleerungshubs im Rahmen eines Ausdehnungs Arbeitsspiels.
Während des Hubs fährt die kurze Laufradöffnung von Platz 4/4 und die der lange Laufradöffnung von Platz 5/4 zwischen den Begrenzungslinien 5 auf die Plätze 6/2 bzw. 7/2. und die kurze Laufradöffnung von Platz 8/4 und die lange Laufradöffnung von Platz 1/4 zwischen den Begrenzungslinien 6 auf die Plätze 2/2 bzw. 3/2. Dabei überfahren die langen Laufrad-Öffnungen vollflächig die langen Leitradöffnungen, so dass - bei der hubraumverkleinernden Kolbenbewegung (siehe Pfeile) - eine Entleerung in den Übertragungsring vorgenommen werden kann.
Reihen 6 bis 8 (Ausdehnungshub) zeigen in Reihe 6 die Lage der Laufradöffnungen 2 bei Beginn des Ausdehnungshubs im Rahmen eines Ausdehnungs-Arbeitsspiels.
Während des Hubs fährt die kurze Laufradöffnung von Platz 6/8 und die lange Laufradöffnung von Platz 7/8 zwischen den Begrenzungslinien 7 auf die Plätze 4/6 bzw. 5/6. und die kurze Laufradöffnung von Platz 2/8 und die lange Laufradöffnung von Platz 3/8 zwischen den Begrenzungslinien 8 auf die Plätze 8/6 bzw. 1/6. Dabei überfahren die kurzen Laufrad-Öffnungen vollflächig oder teilflächig die Leitradöffnungen, so dass - bei der hubraumvergrößernden Kolbenbewegung (siehe Pfeile) - eine Befüllung aus dem Übertragungsring vorgenommen werden kann. Danach findet eine Ausdehnung statt. Fig. 10.09 bis 10.16 Die Hubkolbenvorrichtung ist mit einer Vorrichtung zur axialen stufenlosen Verstellung der kurzen Leitradöffnungen (32) eingerichtet. Die Verstellbarkeit der kurzen Leitradöffnungen (32/8.1) ermöglicht weitere Vorteile.

- Im Verdichtermodus kann eine Zylinderseite auf einen niedrigeren oder höheren Gegendruck eingestellt werden, indem die Öffnungshöhe verändert wird. Damit können die Strömungsverluste minimiert werden.
- Im Ausdehnungsmodus kann in die Leistung der Hubkolbenvorrichtung im Bereich zwischen der Nullleistung und der wirtschaftlich optimalen Leistung mit der Höhe der Füllung geregelt werden. Dadurch kommt eine Füllungsregelung mit minimalen Strömungsverlusten zustande.

Die Verstellmöglichkeit der kurzen Leitradöffnungen (32/8.1) wird ermöglicht, indem dieselben etwa in der gleichen axialen Länge ausgeführt werden wie die langen Leitradöffnungen (32/8.2). Sodann wird eine für einen Leitradverstellschieber (32/27) notwendige Laufbahn als Vertiefung in der Kolbenlaufbahn (32/31)eingeräumt, indem die etwa ein Zylindermantelfeld einnehmend kleine Leitradöffnung (32/8.1) in Richtung zur axialen Zylindermitte in einer für einen Schieber ausreichenden Tiefe um drei zusätzliche Felder, das sind eineinhalb Hublängen, verlängert wird. Der in der axialen Länge über drei Feldreihen verlaufende Leitradverstellschieber (32/27) kann nunmehr mit seiner deckelseitigen Kante die kurze Leitradöffnung (32/8.1) stufenlos öffnen und schließen. Wird der Leitradverstellschieber (32/27) in Richtung auf den Zylinderdeckel bewegt, so entsteht auf der anderen Seite der Schieberlaufbahn eine Vertiefung (32/31) im Zylindermantel, die jedoch für die Prozessabwicklungen unschädlich ist. Der auf dem Leitradverstellschieber lastende Druck wird über einen Schiebersteg (31/28) und über einen Schieberträger (31/30) auf ein Schieberlager (31/29) übertragen. Die Bewegung des Leitradverstellschiebers erfolgt über eine Stellstange (32/35). Fig. 10.09 bis 10.10 zeigen ein Verdichtungs-Arbeitsspiel mit Leistungsregelung nach oben vom Totpunkt 1 zum Totpunkt 2 (Befüllung) und vom Totpunkt 2 zum Totpunkt 1 (Verdichtung und Entleerung). Der Zylinder kann durch Verkürzung der kurzen Leitradöffnung auf einen höheren Verdichtungsdruck und eine höhere Verdichtungsleistung eingestellt werden. Fig. 10.11 bis 10.12 zeigen ein Ausdehnungs-Arbeitsspiel mit Leistungsregelung nach oben vom Totpunkt 1 zum Totpunkt 2 (Befüllung und Ausdehnung) und vom Totpunkt 2 zum Totpunkt 1 (Entleerung). Der Zylinder kann durch Verkürzung der kurzen Leitradöffnung auf eine kleinere Füllung und damit auf eine niedrigere Ausdehnungsleistung eingestellt werden. Fig. 10.13 bis 14 zeigen ein Verdichtungs-Arbeitsspiel mit Leistungsregelung nach unten vom Totpunkt 1 zum Totpunkt 2 (Befüllung) und vom Totpunkt 2 zum Totpunkt 1 (Entleerung). Der Zylinder kann durch Verlängerung der kurzen Leitradöffnung auf einen niedrigeren Verdichtungdruck und eine niedrigere Verdichtungsleistung eingestellt werden. Bei voller Öffnung kann der Zylinder auch nahezu drucklos als Lüfter arbeiten. Fig. 10.15 bis 16 zeigen ein Ausdehnungs-Arbeitsspiel mit Leistungsregelung nach unten vom Totpunkt 1 zum Totpunkt 2 (Befüllung und Ausdehnung) und vom Totpunkt 2 zum Totpunkt 1 (Entleerung). Der Zylinder kann durch Verlängerung der kurzen Leitradöffnung auf eine größere Füllung und damit auf eine höhere Ausdehnungsleistung eingestellt werden. Bei voller Öffnung kann der Zylinder notfalls auf Vollgas oder Volldampf gefahren werden mit der eventuellen Einsparung eines Wechselgetriebes im PKW-Bereich, oder es kann im Kraftwerksbereich eine Lastspitze abgefahren werden. Fig. 10.17 bis 10.18 zeigen ein Nullleistungs-Arbeitsspiel vom Totpunkt 1 zum Totpunkt 2 (Befüllung) und vom Totpunkt 2 zum Totpunkt 1 (Entleerung). Bei voll geöffneten kurzen Leitradöffnungen und einer Verdoppelung der Rotationsfrequenz im Verhältnis zur Oszillationsfrequenz werden die Laufradöffnungen so geführt, dass bei kurzgeschlossenen axialen Übertragungskanälen des Zylinderanschlusses keine Leistung aufgenommen oder abgegeben werden kann. Fig. 10.19 bis 10.26 Durch eine Halbierung der Laufrad-Rotationsfrequenz gegenüber der Laufrad-Oszillationsfregenz können zwei Stoffe in ein und demselben Arbeitsspiel behandelt, das heißt verdichtet oder ausgedehnt werden.
Der Zwei- oder Mehrstoffbetrieb ermöglicht es, in einem Arbeitsspiel zwei verschiedene Stoffe zu verdichten bzw. auszudehnen ohne die Gefahr einer Vermischung der beiden Stoffe. Dadurch können die Intervalle der einzelnen Stoffbearbeitungen gekürzt und Speicherraum eingespart werden.
Beispielsweise kann neben der Verbrennungsluft (Anteil 90%) ein Gasbrennstoff wie Erdgas (Anteil 10%) verdichtet werden, ohne dass ein anderer Zylinder eingeschaltet werden muss.
Beispielsweise kann neben dem Produktgas Wasserdampf ausgedehnt werden, ohne dass ein anderer Zylinder eingeschaltet werden muss.
Bei einem Zweistoff-Betrieb umfasst ein Arbeitsspiel zwei Oszillationsschwingungen und eine Rotationsschwingung des Laufrades. Fig. 10.19 bis 10.20 zeigen ein Stoff 1-Verdichtungs-Arbeitsspiel vom Totpunkt 1 zum Totpunkt 2 (Befüllen) und vom Totpunkt 2 zum Totpunkt 1 (Verdichten und Entleeren) Fig. 10.21 bis 10.22 zeigen ein Stoff 1-Ausdehnungs-Arbeitsspiel vom Totpunkt 1 zum Totpunkt 2 (Befüllen und Ausdehnen) und vom Totpunkt 2 zum Totpunkt 1 (Entleeren). Fig. 10.23 bis 10.24 zeigen ein Stoff-2-Verdichtungs-Arbeitsspiel vom Totpunkt 1 zum Totpunkt 2 (Befüllen) und vom Totpunkt 2 zum Totpunkt 1 (Verdichten und Entleeren) Zu Fig. 10.25 bis 10.26 zeigen ein Stoff-2-Ausdehnungs-Arbeitsspiel vom Totpunkt 1 zum Totpunkt 2 (Befüllen und Ausdehnen) und vom Totpunkt 2 zum Totpunkt 1 (Entleeren). Fig. 10.27 bis 10.30 zeigen ein Viertakt-Arbeitsspiel vom Totpunkt 1 zum Totpunkt 2 (Befüllen) und vom Totpunkt 2 zum Totpunkt 1 (Verdichten) und vom Totpunkt 1 zum Totpunkt 2 (Ausdehnen) und vom Totpunkt 2 zum Totpunkt 1 (Entleeren)
Bei diesem Arbeitsspiel erfolgt die Verbrennung in einem Tauchkolbenzylinder. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Steuerung gegenüber der herkömmlichen Ventilsteuerung liegen in der geringen Anzahl der Bauteile und damit verbunden in der Minderung der Reibungsverluste und in den großen Strömungsquerschnitten und damit verbunden in der Minderung der Strömungsverluste. Fig. 10.31 bis 10.32 zeigen ein Arbeitsspiel vom Totpunkt 1 zum Totpunkt 2 (Ausdehnen) und vom Totpunkt 2 zum Totpunkt 1 (Entleeren und Befüllen).
Bei diesem Arbeitsspiel erfolgt die Verbrennung in einem Tauchkolben-Zylinder. Die Vorteile gegenüber der herkömmlichen Schlitzsteuerung liegen in der voll leistungsfähigen Verdichterstation der stangenseitigen Zylinderseite, die auf annähernden Enddruck verdichten und die Ladung des Zylinders kurz vor dem oberen Totpunkt erfolgen kann, und in der Vermeidung von Strömungs- und Spülverlusten. Fig. 10.33 Die Hubkolbenvorrichtung kann mit einer Vorrichtung zur peripheren Verschiebung von Leitradöffnungen ausgerüstet sein, mit welcher eine Umstellung zwischen Verdichtung und Ausdehnung ohne Richtungsänderung des Laufrades und ohne Betriebsunterbrechung ermöglicht wird,
Es ist aufzuzeigen, dass eine Prozessumkehr mit peripherer Verschiebung des Leitrades um 90° zu einem Verlust an Strömungsquerschnitt führt. In Reihen 3 und 7 ist dieser Sachverhalt mit Überschneidungen der Einlass- und Auslassöffnungen auf den Plätzen 2/3, 3/3, 6/3 und 7/3 und auf den Plätzen 2/7, 3/7, 6/7 und 7/7 aufgezeigt. Die Überschneidungen können nur vermieden werden, wenn die Querschnittsflächen der Leiträder oder der Laufräder um die Überschneidungsflächen verkleinert werden.
Die Rotation des mit dem Laufrad bestückten Kolbens wird mit einer mechanischen oder elektrischen (29/18) Vorrichtung vorgenommen. Ein elektrischer Antrieb erleichtert die Umkehrung der Rotationsrichtung. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jeder Kolben unabhängig von anderen Kolben einzeln elektrisch gedreht. Mehrere einzylindrige oder mehrzylindrige Kolbeneinheiten können daher drehbeweglich über Kolbenkupplungen (29/13) miteinander verbunden sein. Die Kolbenstangen (29/3) sind an ihren Enden als hohlräumige, für eine fluide Schmierung vorbereitete Kolbenstangenscheiben ausgebildet und bilden so gegeneinander ein Axiallager. Die Hohlräume der Scheiben sind mit den Hohlräumen der Kolbenstangen verbunden, so dass ein fluides Schmiermittel beispielsweise über Öffnungen in einem Umfassungszylinder und in einem Kolben und in einer Kolbenstange an das Axiallager geleitet werden kann.
Die Hubkolbenvorrichtung kann auch mehrstufige Verdichtungs- und Ausdehnungsprozesse ausführen. Die Innendurchmesser der Kolbenumfassungszylinder-Innenmäntel (33/2), der Kolbenstangen-Umfassungszylinder-Innenmäntel (33/4), die Außendurchmesser der Kolbenmäntel (33/l) und der Kolbenstangenmäntel (33/3) können auf beiden Zylinderseiten gleich sein (2) oder - bei mehrstufiger Arbeitsweise - unterschiedlich (3) sein. Die Kolben können auch als Stufenkolben (4) ausgeführt werden.
Die aus Kolben und Kolbenstangen bestehenden Kolbeneinheiten können im Innenmantel des Kolbenumfassungszylinders (33/2) und im Innenmantel des Kolbenstangen-Umfassungszylinders (33/4) hydrostatisch vorzugsweise mit Arbeitswasser geschmiert werden. Dabei kann das Schmiermittel zugleich Kühlmittel und Dichtmittel sein.
Die Kolbenumfassungszylinder (33/2) und die Kolbenstangen- Umfassungszylinder (33/4) können hintereinander angeordnet sein. Somit sind auch die Kolben hintereinander angeordnet, wobei axial gesehen zwischen jeweils zwei Kolbenumfassungszylindern ein Kolbenstangen-Umfassungszylinder angeordnet ist. Mehrzylindrige Kolbeneinheiten (20) bestehen aus mehreren fest miteinander verbundenen einzylindrigen Kolbeneinheiten.
Bei einer Anwendung als Kraftmaschine insbesondere für Fahrzeugantriebe kann anstelle einer aufwendigen Leistungsregelung ein Druckluftspeicher für gekühlte Druckluft verwendet werden. Im Normalbetrieb oder im Bremsbetrieb wird Druckluft (aus Atmosphärenluft) mit mindestens einem als Verdichter geschalteten Zylinder unter rationellen Volllastbedingungen erzeugt. Bei der Zwischen- und Endkühlung der Druckluft wird Wärme auf das Arbeitswasser übertragen und die gekühlte Druckluft in dem Druckluftspeicher und das bei der Luftkühlung erhitzte Arbeitswasser in dem Heißwasserspeicher eingelagert. Nun kann die rationell erzeugte Druckluft nach Bedarf für den Teillastbetrieb entnommen und über die abgeschaltete oder eingeschaltete Brennkammer in die als Ausdehner geschalteten Zylinder geleitet werden.
Für die oszillierenden und rotierenden Kolbeneinheiten sind drei verschleißfreie Dichtungslösungen oder eine Kombination dieser Lösungen möglich:
Bei der thermischen Dichtung wird von kleinen Maßtoleranzen der Kolbenlager ausgegangen und durch Variation der Kühlwassertemperatur eine Anpassung der Wärmedehnung der aneinander grenzenden Teile bewirkt.
Bei der fluiden Dichtung (6) ist eine innere und eine äußere Dichtungsform zu unterscheiden.
Bei der äußeren Abdichtung wird je Kolbenumfassungs- und Kolbenstangen-Umfassungszylinder mindestens ein fluider Dichtungsring vorgenommen, welcher vorzugsweise im Oszillations-Mittelpunkt angeordnet ist und sich über den ganzen Umfang des Umfassungszylinders erstreckt. Der fluide Dichtungsring kann aus einem mittig in den Umfassungszylinder eingelassenen über den ganzen Umfang verlaufenden Zuleitungsring bestehen, welcher mit einem unter Druck stehenden fluiden Dichtungsmittel, vorzugsweise mit Arbeitswasser, angefüllt ist. Das Dichtungsmittel bewegt sich nun, ausgehend vom peripheren, in Umfassungszylinder-Mitte angeordneten Zuleitungsring, in die beiden axialen Richtungen über den ganzen Zylinderumfang auf die beiden Hubräume zu. Der Druck des Dichtungsmittels ist hoch genug, um den pulsierenden Gegendruck der Hubräume zu überwinden und damit auch das Eindringen von Gas aus den Hubräumen in den zu dichtenden Spalt. Es ist auch möglich, am Ende der Dichtstrecke die Dichtflüssigkeit durch Anschluss eines beidseitigen Absaugringes an eine Leitung niedrigeren Drucks.
Bei der inneren Abdichtung wird vorzugsweise über einen Öffnungsring des Zylinders und des Kolbens etwa in der axialen Kolbenmitte ein Dichtmittel in den Kolbeninnenraum eingegeben, welches den Kolben innenseitig kühlt und auf jeder Kolbenseite von der Zentrifugalkraft des rotierenden Kolbens durch einen Öffnungsring des Kolbens an den Zylinderinnenmantel geschleudert wird und damit der Dichtungsdruck erhöht werden kann.
Die erfindungsgemäße Hubkolbenvorrichtung kann als Kraftmaschine oszillierend-rotierende Leistung direkt an der Kolbenstange und rotierende Leistung nach elektrischer oder mechanischer Umwandlung bereitstellen. Sie kann als Arbeitsmaschine elektrische oder rotierende mechanische Leistung aufnehmen und verwerten. Bei der Umwandlung in einer oszillierend-rotierenden elektrischen Vorrichtung verzichtet die Hubkolbenvorrichtung auf alle mechanisch sich bewegenden Bauteile ausgenommen die Kolbeneinheiten.
Wird die Leistung von einer oszillierenden Elektromaschine abgenommen, so ist auch für die Kolbendrehung ein elektrischer Antrieb zu wählen - wird die Leistung mechanisch abgenommen, zum Beispiel über eine Kurbelwelle, so kann für eine einfache Maschine ein mechanischer Antrieb für die Kolbendrehung gewählt werden; für eine anspruchsvolle Maschine empfiehlt sich der Elektroantrieb.
Die erfindungsgemäße mechanische Vorrichtung kann
die Oszillation der Kolbenbewegungen formen,
die Kolbenrotation bewirken,
die Massen ausgleichen,
Leistung aufnehmen und übertragen,
oszillierende mechanische Leistung in rotierende mechanische Leistung umformen,
die Leistung in Drehmoment und Drehzahl dem Bedarf anpassen,
die Leistung auf zwei Triebstränge, einen oszillierenden und rotierenden, in Form der Kolbenstange und einen rotierenden in Form des Rotationstriebs der mechanischen Hilfsmaschine.
Die oszillierende und rotierende Kolbenstange (39/3) ist an ihrem kurbelseitigen Ende gabelförmig geteilt, wobei an jedem Ende der gabelförmigen Ausbildungen eine rechtwinklig zur Kolbenstange verlaufende Kurbelschleife (39/41) befestigt ist, die sich mit der Gabel und der Kolbenstange dreht. Sie kann jeweils mit der anderen Kurbelschleife an ihren beiden Enden käfigartig verbunden sein. In jeder Kurbelschleife oszilliert ein Kurbellagerblock (39/42) mit der Oszillations- und Rotationsfrequenz der Kolbenstange und ein im Kurbellagerblock um seine Achse meist mit der Kolbenstangenfrequenz rotierender Kurbelzapfen (39/43), welcher je an seiner Kurbelwelle befestigt ist. Die beiderseitigen Kurbelwellen liegen auf einer gemeinsamen Längsachse und rotieren - meist mit der Kolbenstangenfrequenz - um dieselbe in entgegengesetzter Richtung und rotieren - meist mit der Kolbenstangenfrequenz - auch mit ihren Enden um ihrer Querachse, das heißt in einer rechtwinklig zu der Kolbenstange verlaufenden Ebene. Auf jeder Kurbelwelle ist an der Außenseite ein Kegelzahnrad (41/47) angeordnet. Die Kegelzahnräder drehen sich zufolge der entgegengesetzten Rotation der Kurbelwellen im gleichgerichteten Lauf auf einem in das Außengehäuse (39/49) in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse fest eingegliederten Zahnkranz (39/50) im Kreis. Die Rotationsfrequenz der Kurbelwelle um ihre Querachse im Verhältnis zur Oszillationsfrequenz ist durch das Zahnverhältnis "Kegelrad zu Zahnkranz" für die einen einzigen Stoff verarbeitenden Hubkolbenvorrichtungen naturgesetzlich mit 1 zu 1 und für die zwei Stoffe verarbeitenden Hubkolbenvorrichtungen mit 2 zu 1 festgelegt. Die Kurbelwelle ist in einem mit ihr um ihre Querachse rotierenden Innengehäuse (39/46) gelagert, und das Innengehäuse ist durch ein in das Außengehäuse eingegliedertes Axiallager in der axialen Richtung fixiert und bewegt die an dem Innengehäuse angeschlossene Kolbenstange. Die Leistung der als Ausdehner geschalteten Zylinder kann nun wahlweise als Oszillationsleistung meist in den als Verdichter geschalteten Zylindern der Hubkolbenvorrichtung oder als Rotationsleistung auf der Kolbenstange oder auf einer an dem Innengehäuse befestigten Rotationsstange (39/50) parallel oder sequentiell je nach Auslegung oder in beliebiger Aufteilung abgenommen werden.
Bei einer Anwendung als Kraftmaschine wird die von der Kolbenstange (39/3) abgegebene Leistung über die an der Kolbenstange befestigten Kurbelschleifen (39/41) und die sich darin oszillierend bewegenden Kurbellagerblöcke (39/42) und über die darin rotierenden Kurbelzapfen (39/43) und über die Kurbelwellen (39/44) und die daran befestigten Kegelzahnräder (41/47), und über den im Außengehäuse (39/49) eingegliederten Zahnkranz (39/50) und über das im feststehenden Außengehäuse rotierende Innengehäuse (39/46) auf eine mit dem Innengehäuse verbundene, zur Abnahme der Rotationsleistung vorgesehenen (nur rotierenden) Rotationsstange (39/52) übertragen, wobei durch die entgegengesetzte Rotationsrichtung der beiden Kurbelwellen (41/44) die beiden Kegelzahnräder (39/49) in eine gleiche Lauf- und Drehrichtung versetzt werden.
Der vollkommene Massenausgleich wird erreicht, indem sich die Massenkräfte exakt im Kurbelwellenmittelpunkt neutralisieren.
Ist beispielsweise die Kolbenstange (39/3) im linken Totpunkt, so sind die beiden Ausgleichsmassen (42/51) im rechten Totpunkt. Ist die Kolbenstange in der Mittellage, so befindet sich je eine Ausgleichsmasse im oberen und im unteren Totpunkt. Ist die Kolbenstange im rechten Totpunkt, so befinden sich beide Ausgleichsmassen im linken Totpunkt.
Es muss nicht nur die vernachlässigbare Leistung zum Antrieb der Kolbenrotation über die Kolbenstange (39/3) übermittelt werden, sondern es kann darüber hinaus noch jede weitere Leistung im Rahmen der Auslegung über einfache Mitnehmer von der Kolbenstange abgenommen werden. Auch kann, bei entsprechender Auslegung, die Leistung der Kolbenstange teilweise oder voll über einfache Mitnehmerkonstruktionen auf der ganzen Länge der Vorrichtung bereitgestellt werden.
Die Drehbewegung des Innengehäuses (39/45) kann auch über ein Kegelzahnrad (41/47), eine Mitnehmerkonstruktion oder über eine feste oder lösbare Kupplung auf eine Rotationsstange (39/50) übertragen werden und dort beispielsweise zum Antrieb einer Rotations-Elektromaschine für die Bordversorgung in einem Fahrzeug verwendet werden.
Sofern bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Leistung nicht voll über Arbeitsmaschinen mit Hubleistungsbedarf abgenommen werden kann, sondern - beispielsweise für einen Fahrzeugantrieb Rotationskraft benötigt wird, kann das Kurbelschleifengetriebe (39/41) entsprechend ausgelegt werden, so dass ein Teil der Oszillationsleistung oder aber die volle Oszillationsleistung der Kolbenstange (39/3) auch als Rotationsleistung von der Kolbenstange abgenommen werden kann.
Die Hubkolbenvorrichtung kann beispielsweise für einen Luft- Dampf-Kombinationsprozess
aus einem zentral angeordneten vorzugsweise walzenförmigen Maschinenring (1.1/23) und
aus einem um den Maschinenring angelegten axialen Übertragungsring (1.1/24) und
aus einem um den axialen Übertragungsring angelegten Speicherring (1.1/14)
bestehen.
Der Maschinenring (1.1/23) besteht im Wesentlichen aus den Umfassungszylindern, den Kolben (1.1/1) und den peripheren Übertragungsringen.
Der axiale Übertragungsring(1.1/24) verbindet die peripheren Übertragungsringe (1.1/15) miteinander und mit den Speichereinheiten und mit den sonstigen internen Behandlungsstellen und stellt die Verbindungen zu den externen Stellen her.
Der Speicherring beinhaltet die Wärmeübertrager und die Speichereinheiten.
Die Ringe können über Öffnungen in ihren Mantelflächen miteinander verbunden sein, die bei der Montage der Hubkolbenvorrichtung zur Deckung kommen. Die Ringe sind ineinander steckbar und auch für höchste Drücke abdichtbar. Die Abdichtung ist mit Ringen ähnlich der zur Kolbenabdichtung gebräuchlichen Kolbenringe herkömmlicher Verbrennungsmotoren zu lösen mit dem Unterschied, dass die hier verwendeten Dichtringe unbeweglich in ihren Nuten sitzen und keinerlei Verschleiß ausgesetzt sind.
Der Innendurchmesser des axialen Übertragungsrings (1.1/24) entspricht etwa dem Außendurchmesser des Maschinenrings (1.1/23), der Innendurchmesser des Speicherrings (1.1/14) entspricht etwa dem Außendurchmesser des axialen Übertragungsrings, so dass der Maschinenring in den Übertragungsring eingeschoben werden kann, wodurch die Öffnungen beider Ringe zur Deckung kommen.
Die Hubkolbenvorrichtung arbeitet als Kraftmaschine stets mit dem gleichen Betriebsdruck, auch beim Anlassen. Die Maschinenleistung ist nicht von der Temperatur, sondern vom Druck abhängig. Bei einem Kaltstart werden alle Zylinder auf Ausdehnung geschaltet. Sodann wird kalte Druckluft einem Druckluftspeicher entnommen und durch die kalte Brennkammer zu den Zylindern geleitet. Nach dem Anlassen wird mindestens ein Zylinder auf Verdichtung umgestellt und die Brennkammer aktiviert und damit der Normalbetrieb aufgenommen. Die Brennkammer vergrößert das Gasvolumen.
Im Folgenden wird der Betriebsablauf der erfindungsgemäßen Hubkolbenvorrichtung beschrieben. Dabei bedeuten die Pfeile in den Symbolkästen (39) die Richtung der Wärmeübertragung. Maschineninterne Behandlungsstellen Tabelle 2

Am Prozess beteiligte Stoffe in ihren Kreisläufen: Tabelle 3

Teilebezeichnungen numerisch	Teilebezeichnungen alphabetisch
1 Kolben	9 Abdeckring
2 Kolbenumfassungszylinder	17 Absaugungsring
3 Kolbenstange	51 Ausgleichsmasse
4 Kolbenstangen-Umfassungszylinder	49 Außengehäuse
5 Laufrad	46 Axiallager
6 Leitrad	24 Axialer Übertragungsring
7 Laufradöffnung	19 Axialer Übertragunskanal
8 Leitradöffnung	39 Brennkammer
9 Abdeckring	34 Brennkammer-Außenrohr
10 Laufradring	33 Brennkammer-Innenrohr
11 Leitradring	18 Elektromaschine
12 Mitnehmerscheibe	32 Hubraum
13 Kolbenkupplung	45 Innengehäuse
14 Speicherring	37 Isolierung
15 Peripherer Übertragungsring	47 Kegelzahnrad
16 Zuführungsring	1 Kolben
17 Absaugungsring	13 Kolbenkupplung
18 Elektromaschine	3 Kolbenstange
19 Axialer Übertragunskanal	22 Kolbenstangen-Antriebsring
20 Zylindermantelring	52 Kolbenstangengabel
21 Zylinderdeckelring	4 Kolbenstangen-Umfassungszylinder
22 Kolbenstangen-Antriebsring	2 Kolbenumfassungszylinder
23 Maschinenring	42 Kurbelklagerblock
24 Axialer Übertragungsring	41 Kurbelschleife
25 Wasserauslassöffnung	44 Kurbelwelle
26 Wassereinlassöffnung	43 Kurbelzapfen
27 Leitradschieber	5 Laufrad
28 Schiebersteg	7 Laufradöffnung
29 Schieberlager	10 Laufradring
30 Schieberträger	6 Leitrad
31 Schiebernut	36 Leitrad-Anschlusskanal
32 Hubraum	8 Leitradöffnung
33 Brennkammer-Innenrohr	11 Leitradring
34 Brennkammer-Außenrohr	27 Leitradschieber
35 Stellstange	23 Maschinenring
36 Leitrad-Anschlusskanal	12 Mitnehmerscheibe
37 Isolierung	15 Peripherer Übertragungsring
38 Wärmeübertrager	50 Rotationsstange
39 Brennkammer	29 Schieberlager
40 Zündvorrichtung	31 Schiebernut
41 Kurbelschleife	28 Schiebersteg
42 Kurbellagerblock	30 Schieberträger
43 Kurbelzapfen	14 Speicherring
44 Kurbelwelle	35 Stellstange
45 Innengehäuse	38 Wärmeübertrager
46 Axiallager	25 Wasserauslassöffnung
47 Kegelzahnrad	26 Wassereinlassöffnung
48 Zahnkranz	48 Zahnkranz
49 Außengehäuse	40 Zündvorrichtung
50 Rotationsstange	16 Zuführungsring
51 Ausgleichsmasse	21 Zylinderdeckelring
52 Kolbenstangengabel	20 Zylindermantelring

Claims

1. Hubkolbenvorrichtung mit mindestens einem Zylinder und mindestens einem Kolben dadurch gekennzeichnet, dass der Gaswechsel in einem den Kolben umfassenden Zylinder (Kolbenumfassungszylinder) durch mindestens einen sowohl nach dem Hubschieberprinzip als zugleich auch nach dem Drehschieberprinzip wirkenden, kombinierten Schieber vorgenommen wird, der aus mindestens einem in dem Zylinder auf gleicher Achse oszillierenden und zugleich um die Zylinderachse rotierenden Laufrad und mindestens aus einem im Laufrad oder um das Laufrad auf gleicher Achse angeordneten, feststehenden Leitrad besteht.

2. Hubkolbenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad durch einen in den Außenabmessungen etwa gleichen Abdeckring verlängert ist und der zusammen mit dem Laufrad gebildete Laufradring als rohrförmiger, hohlzylindriger, an der Stirnseite offener Fortsatz in Verlängerung des Kolbenmantels und etwa bündig mit der Außenkante des Kolbenmantels am Kolbendeckelrand befestigt ist und der Laufradring bei einem hubraumverkleinernden Hub des Kolbens in seine im Zylinderdeckel eingelassene Negativform eintaucht, und das Leitrad in den Innenmantel des Kolbenumfassungszylinders eingelassen ist und sich in der Mittelstellung des Kolbens mit dem Leitrad auf der selben Höhe befindet, und der Gasverkehr vorgenommen wird.

3. Hubkolbenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitrad durch einen in den Außenabmessungen etwa gleichen Abdeckring verlängert wird und der zusammen mit dem Leitrad gebildete Leitradring als rohrförmiger, hohlzylindriger, an der Stirnseite offener Fortsatz in Verlängerung des Innenmantels des Kolbenstangen-Umfassungszylinders und etwa bündig mit der Innenkante des Innenmantels des Kolbenstangen-Umfassungszylinders am Zylinderdeckel befestigt ist, und der Leitradring bei einem hubraumverkleinernden Hub des Kolbens in seine im Kolbendeckel eingelassene Negativform eintaucht, und das Laufrad in den Mantel der Kolbenstange eingelassen ist und sich in der Mittelstellung des Kolbens mit dem Leitrad auf der selben Höhe befindet, und der Gasverkehr zwischen dem Hubraum und dem Kolbenstangen-Innenraum durch die Kolbenstange vorgenommen wird.

4. Hubkolbenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gassteuerung eines Hubraums beide Anordnungen, die Anordnung nach Anspruch 2 und die Anordnung nach Anspruch 3, zusammen verwirklicht werden, und innerhalb eines Arbeitsspiels die eine Anordnung die Öffnungen der oberen Druckebene beinhaltet und die andere Anordnung die Öffnungen der unteren Druckebene.

5. Hubkolbenvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Anordnungen die obere und die untere Druckebene bedient.

6. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad zusammen mit der aus Kolben und Kolbenstange bestehenden Kolbeneinheit oszilliert und in Abhängigkeit von der Oszillation der Kolbeneinheit gleichförmig nach einer kreisförmigen Kurbelbahn oder ungleichförmig nach einer elliptischen Kurbelbahn rotiert und ein gedachter Punkt auf der Laufrad-Außenmantelfläche eine sinusförmige Kurve auf der Zylindermantel-Innenfläche beschreibt,

7. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in beiden Rädern Öffnungen vorgesehen sind, die bei einer Bewegung des Laufrades zeitweise einen Querschnitt in radialer Richtung freigeben, durch welchen ein Gasvolumen zwischen dem Hubraum und einem Kanal bewegt werden kann.

8. Hubkolbenvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen in den Rädern paarweise angeordnet sind und ein Öffnungspaar eine kurze, für die obere Druckebene vorgesehene Öffnung und eine lange, für die untere Druckebene vorgesehene Öffnung beinhaltet, und im Verlauf eines Arbeitsspiels in der Reihenfolge eine in das Laufrad eingelassene kurze Öffnung mit einer in das Leitrad eingelassenen kurzen Öffnung und eine in das Laufrad eingelassene lange Öffnung mit einer in das Leitrad eingelassenen langen Öffnung, oder in der umgekehrten Reihenfolge, zur Deckung kommen können, und sich bei der ersten Öffnung ein Gasstrom in den Hubraum und, meist nach einer Behandlung, die eine Verdichtung oder eine Ausdehnung oder ein Viertaktprozess sein kann, sich bei der zweiten Öffnung ein Gasstrom aus dem Hubraum bewegen kann.

9. Hubkolbenvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad und das Leitrad in mindestens vier deckungsgleiche Öffnungsplätze unterteilt sein können, von denen mindestens die Hälfte als geschlossene Plätze nicht durch Öffnungen belegt und höchstens die Hälfte mit Öffnungen belegt sein können, und es sich bei der Hälfte der belegten Öffnungen um kurze und bei der anderen Hälfte um lange Öffnungen handelt, und die unbelegten Öffnungsplätze eines Rades dem Durchlass der bei dem jeweiligen Hub zu schließenden Öffnungen des Gegenrades dienen und bei einem Durchlass in der oberen Druckebene eine kurze Laufradöffnung mit einer kurzen Leitradöffnung und bei einem Durchlass in der unteren Druckstufe eine lange Laufradöffnung mit einer langen Leitradöffnung zur Deckung gebracht werden können.

10. Hubkolbenvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die kurzen Leitradöffnungen während des Betriebs in ihrer axialen Länge stufenlos veränderbar sind und bei einem Verdichtungs-Arbeitsspiel auf den Gegendruck der oberen Druckebene eingestellt werden können, und bei einem Ausdehnungs-Arbeitsspiel die Leistung des Zylinders im Wege einer Füllungsregelung vorgenommen werden kann, und je nach Leistungsanforderung die Füllstrecke des Kolbens notfalls bis zur expansionslosen Vollgas- bzw. Volldampffüllung ausgedehnt werden kann.

11. Hubkolbenvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in Laufrad und Leitrad eine notwendige Öffnung nur in der halben möglichen Breite angelegt wird und stattdessen eine gleiche Öffnung diametral, das heißt auf der gegenüberliegenden Seite des Rades (um 180° versetzt) angeordnet ist.

12. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, durch gekennzeichnet, dass der Kolben als Tauchkolben (5 und 10.27 bis 10.32 und 19 und 36.1 bis 36.2) ausgebildet ist und vorzugsweise der Zylinderdeckelring (35/21) mit einer Zündeinrichtung (36.1/40 bis 36.2/40) zur Zündung eines Gases in einem vorzugsweise in den Kolben eingelassenen Verbrennungsraum mit entsprechend für einen Viertaktbetrieb (10.27 bis 10.28) oder für einen Zweitaktbetrieb (10.29 bis 10.32) angeordneten Steueröffnungen.

13. Hubkolbenvorrichtung nach Anspruch 12, durch gekennzeichnet, dass Laufrad- und Leitradöffnungen für den Betrieb eines Viertaktmotors ausgebildet werden (10/27 bis 10/28).

14. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kolbenumfassungszylinder und ein Kolben zweiseitig ausgebildet sein können (2) und zur Übertragung der Gaskraft zwischen Kolben und einem externen Leistungsglied wie beispielsweise eine elektrische Maschine, eine Kolbenstange durch einen Hubraum geführt werden kann (2).

15. Hubkolbenvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Stangenseite des Tauchkolbens ein wirksamer Hubraum (33/32) mit einem Laufrad (36/5) und einem Leitrad (36/6) zur Verdichtung von Verbrennungsluft oder Verbrennungs-Gasgemisch gebildet wird, und Laufradöffnungen (36/7) und Leitradöffnungen (36/8) für den Betrieb eines Zweitaktmotors ausgebildet werden, wobei während einer ausdehnenden, hubraumvergrößernden Bewegung des Tauchkolbens (36/1) über die ganze Länge des Tauchkolben-Hubraums (36/ 32) Arbeit geleistet wird und auf der Gegenseite des Zylinders Arbeit für Verdichtung auf annähernden Enddruck verzehrt wird, und während der anschließenden hubraumverkleinernden Bewegung des Tauchkolbens über demselben das Verbrennungs-Abgas bis zu einer Stelle in der zweiten Hälfte des Hubs durch den Kolben ausgeschoben und in das an dieser Stelle noch drucklose und sodann sich verdichtende Restgas an einer weiteren Stelle in der zweiten Hälfte des Hubs die in der Gegenseite nahezu auf den Enddruck verdichtete Verbrennungsluft bzw. ein Verbrennungsgemisch eingepresst und auf den Enddruck verdichtet, mit Kraftstoff versetzt und gezündet werden kann.

16. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder um eine gemeinsame Achse hintereinander angeordnet sind (23) und zwischen je zwei Kolbenumfassungszylindern (23/2) ein Kolbenstangen-Umfassungszylinder (23/4) angeordnet ist, und die Kolben mehrerer hintereinander angeordneter Zylinder als mehrzylindrige Kolbeneinheit direkt oder über eine Kolbenstange miteinander fest verbunden sein können (20 bis 22).

17. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzylindrige oder mehrzylindrige Kolbeneinheit (20 bis 22) unabhängig von anderen Kolbeneinheiten durch Umkehrung ihrer Rotationsrichtung als Verdichter oder als Ausdehner geschaltet werden kann, wobei die Kolbeneinheiten in der axialen Richtung (Oszillation) fest zusammengeschlossen und in der peripheren Richtung (Rotation) frei beweglich sind und jeder ein- oder mehrzylindrigen Kolbeneinheit ein eigener Antrieb (29/18) zugeordnet ist.

18. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kolbenkupplung (30) vorgesehen ist aus einer am Ende einer Kolbenstange (29/3, 30/3) und auf deren Achse angeordneten, vorzugsweise zur beiderseitigen hydro- oder aerostatischen Axiallagerung vorbereiteten Kupplungsscheibe (29/12), deren Hohlraum mit dem Hohlraum der Kolbenstange (29/3, 30/3) vereinigt ist, und die gegeneinander gerichteten (äußeren) Stirnflächen beider Kupplungsscheiben ein druckbeanspruchtes, fluid geschmiertes Axiallager bilden - und aus einer Kupplungsmuffe (30/13), die die beiden entgegengesetzten (inneren) Stirnflächen der Kupplungsscheiben gegen die Kupplungsmuffe (30/13) ein zugbeanspruchtes, fluid geschmiertes Axiallager bilden.

19. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leitrad im Zylindermantel in Umfangsrichtung verschiebbar gelagert ist und durch eine in Umfangsrichtung vorgenommene Drehung um ein Bogenmaß von 180° bei einfach angeordneten Radöffnungen und ein Bogenmaß von 90° bei zweifach angeordneten Radöffnungen ohne Betriebsunterbrechung und ohne Drehrichtungsänderung des Laufrades eine Prozessumstellung vom Verdichten auf das Ausdehnen und vom Ausdehnen auf das Verdichten ermöglicht.

20. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Arbeitsspiel eines Zylinders mehrere, in der Regel zwei, verschiedene Gase behandelt werden können (Mehrstoff bzw. Zweistoff-Betrieb) und hierzu die Anzahl der Öffnungen in Laufrad und Leitrad verdoppelt und die Drehfrequenz des Laufrades halbiert wird (10.19 bis 10.26).

21. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zylinder durch Verdoppelung der Rotationsfrequenz des Laufrades im Verhältnis zu seiner Oszillationsfrequenz die Laufradöffnungen so geführt werden, dass bei voller Öffnung der kurzen Leitradöffnung (10/4) und bei kurzgeschlossenen Übertragungskanälen eine Zylinderabschaltung ermöglicht wird (10.17 bis 10.18).

22. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung des Kolbens oder/und der Kolbenstange gegen den Umfassungszylinder durch thermische Beeinflussung des Kolbens bzw. der Kolbenstange und des Umfassungszylinders vorgenommen wird, wobei Kolben und Kolbenstange durch eine Innenkühlung temperiert werden können.

23. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung des Kolbens oder/und der Kolbenstange gegen den Umfassungszylinder durch mindestens einen fluiden ((hydraulischen oder pneumatischen) Dichtungsring erfolgt, der vorzugsweise in der Zylindermitte angeordnet ist und sich über den ganzen Umfang des Zylinders erstreckt, und welcher vorzugsweise von einer über den ganzen Umfang des Zylinders verlaufenden Ringnut mit dem unter Druck stehenden im Kreislauf vorhandenen Dichtungsmittel gespeist wird, und sich das Dichtungsmittel in dem Dichtungsspalt zwischen der Kolbeneinheit und dem Umfassungszylinder von der Zylindermitte zu den Hubräumen bewegt und von den Hubräumen aufgenommen wird.

24. Hubkolbenvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das sich von der Zylindermitte zu den Hubräumen bewegende Dichtungsmittel abgesaugt wird durch beidseitig im Zylinderinnenmantel angeordnete Ringnuten, die über den ganzen Umfang des Zylinders verlaufen und mit einer niedrigeren Druckebene verbunden sind.

25. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise über einen Öffnungsring des Zylinders und des Kolbens bzw. der Kolbenstange oder durch eine ein Dichtmittel in den Kolbeninnenraum bzw. in den Kolbenstangeninnenraum eingeleitet wird, welches den Kolben innenseitig kühlt und auf jeder Kolbenseite von der Zentrifugalkraft des rotierenden Kolbens durch einen Öffnungsring des Kolbens an den Zylinderinnenmantel geschleudert wird.

26. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise im Kolbenumfassungszylinder für jedes Leitrad ein der oberen Druckebene gewidmeter (10.2, Reihen 2 und 8) und ein der unteren Druckebene gewidmeter (10.2, Reihen 4 und 6) peripherer Übertragungsring angeordnet ist, und der Übertragungsring über je einen Leitrad-Verbindungskanal mit den Leitradöffnungen seiner Druckebene verbunden ist, und der gesamte Gasverkehr zwischen den Leitradöffnungen und den sonstigen Behandlungs- und Speicherstellen über die peripheren Übertragungsringe abgewickelt wird.

27. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die peripheren Übertragungsringe (10.2, Reihen 2 und 8, 4 und 6) ein axialer Übertragungsring angeschlossen ist, der die peripheren Übertragungsringe miteinander und mit anderen internen oder externen pneumatischen oder hydraulischen Stationen verbindet, und auch mechanische oder energie- und informationstechnische Übertragungen ermöglicht und in welchen auch chemische oder thermische Behandlungsstationen wie die Brennkammer eingegliedert sein können.

28. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anwendung als Kraftmaschine ein Druckluftspeicher für gekühlte Druckluft verwendet wird, und im Normalbetrieb oder im Bremsbetrieb Druckluft (aus Atmosphärenluft) ein mindestens einem als Verdichter geschalteten Zylinder erzeugt und bei der Zwischen- und Endkühlung der Druckluft Arbeitswasser erhitzt werden kann, und die gekühlte Druckluft in dem Druckluftspeicher und das bei der Luftkühlung erhitzte Arbeitswasser in dem Heißwasserspeicher eingelagert werden und dort nach Bedarf für den Teillastbetrieb entnommen und über die abgeschaltete oder eingeschaltete Brennkammer in die als Ausdehner geschalteten Zylinder geleitet werden kann.

29. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anwendung als Kraftmaschine ein Heißwasserspeicher vorgesehen ist, welcher über eine Stichleitung mit einem im Kreislauf vorhandenen Druckgas, zum Beispiel Produktgas, verbunden ist, und über die Stichleitung ein Druck auf das im Heißwasserspeicher liegende Arbeitswasser ausgeübt wird, und damit ein Druckausgleich zwischen dem Arbeitwasser-Kreislauf und dem Gaskreislauf hergestellt wird, und das Arbeitswasser durch den Gasdruck bis zu seinem kritischen Zustand flüssig gehalten werden kann,

30. Hubkolbenvorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das im Heißwasserspeicher liegende Arbeitswasser in seinem Volumen variabel ist und nicht zur Speicherung benötigtes Arbeitswasser in einer Wasservorratskammer gelagert wird, und die für die Speicherung benötigte Wassermasse durch das Volumen des Druckhaltegases geregelt wird.

31. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine aus ferritischen Stoffen hergestellte, rohrförmige Brennkammer mit einem Innenrohr aus hitzebeständigem Werkstoff geringer Festigkeit wie beispielsweise einem industriekeramischen Werkstoff, ausgestattet ist, und das Innenrohr die Brennkammer in einen inneren und in einen äußeren Raum teilt, und der innere Raum als Brennraum zur Druckverbrennung des Verbrennungsgases und der äußere Raum zur Kühlung mit Arbeitswasser verwendet wird, und der Betriebsdruck des Verbrennungsgases und des Kühlmittels gleich oder annähernd gleich ist.

32. Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oszillierende und rotierende Kolbenstange (39/3) an ihrem kurbelseitigen Ende gabelförmig geteilt ist, wobei an jedem Ende der gabelförmigen Ausbildungen eine rechtwinklig zur Kolbenstange verlaufende Kurbelschleife (39/41) befestigt ist, die sich mit der Gabel und der Kolbenstange dreht, und mit der jeweils anderen Kurbelschleife an ihren beiden Enden käfigartig verbunden sein kann, und in der Kurbelschleife ein Kurbellagerblock (39/42) vorzugsweise mit der Oszillations- und Rotationsfrequenz der Kolbenstange oszilliert und ein an der Kurbelwelle befestigter Kurbelzapfen (39/43) im Kurbellagerblock um seine Achse vorzugsweise mit der Kolbenstangenfrequenz rotiert, und die beiderseitigen Kurbelwellen auf einer gemeinsamen Längsachse in entgegengesetzter Richtung vorzugsweise mit der Kolbenstangenfrequenz rotieren und mit ihren Enden um ihre Querachse, das heißt in einer rechtwinklig zu der Kolbenstange verlaufenden Ebene, rotieren, und ein auf jeder Kurbelwelle an der Außenseite ein Kegelzahnrad (41/47) angeordnet ist und sich die Kegelzahnräder im gleichgerichteten Lauf auf einem in das Außengehäuse (39/49) in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse fest eingegliederten Zahnkranz (39/50) vorzugsweise mit der Kolbenstangenfrequenz im Kreis drehen und die Kurbelwelle in einem mit ihr um ihre Querachse rotierenden Innengehäuse (39/46) gelagert ist und das Innengehäuse durch ein in das Außengehäuse eingegliedertes Axiallager in der axialen Richtung fixiert ist und die an dem Innengehäuse angeschlossene Kolbenstange bewegt, und die Leistung der als Ausdehner geschalteten Zylinder wahlweise als Oszillationsleistung in den als Verdichter geschalteten Zylindern der Hubkolbenvorrichtung oder als Rotationsleistung auf der mit dem Innengehäuse verbundenen Kolbenstange oder auf einer an dem Innengehäuse befestigten Rotationsstange (39/50) parallel oder sequentiell je nach Auslegung oder in beliebiger Aufteilung abgenommen werden kann.

33. Verfahren für eine Hubkolbenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Verbrennungsluft und Brenngas getrennt von einem als Verdichter geschalteten Arbeitszylinder auf einen Zwischendruck und nach einer vorzugsweise mit Arbeitswasser vorgenommenen Zwischenkühlung auf einen Enddruck verdichtet und, nach einer vorzugsweise mit Arbeitswasser vorgenommenen Endkühlung, mit einem etwa dem kritischen Druck von Wasser entsprechenden Druck die beiden gekühlten Gase vorzugsweise in getrennte Speicher geleitet werden.

34. Verfahren für eine Hubkolbenmaschine nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherte, gekühlte Druckluft, zum Beispiel im Anlassbetrieb, über die unbeheizte Brennkammer den als Ausdehner geschalteten Zylindern zugeführt und unter Abgabe von Arbeit, vorzugsweise zweistufig, ausgedehnt wird.

35. Verfahren für eine Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 33 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die gekühlte Verbrennungsluft mit einem darin vergasten Flüssigbrennstoff oder mit einem gekühlten Gasbrennstoff als Gemisch der Brennkammer zugeführt wird, und dort durch die vorzugsweise permanente Zündvorrichtung gezündet und verbrannt und durch die Verbrennung ein Produktgas mit dem mehrfachen Volumen gebildet wird, und das Produktgas in der für ferristische Werkstoffe zulässigen Temperatur den auf Ausdehnung geschalteten Zylindern zugeleitet und dort unter Abgabe von Arbeit vorzugsweise zweistufig ausgedehnt wird und die Abgaswärme in mindestens einem Wärmeübertager auf das Arbeitswasser übertragen wird.