DE102013106792B4 - Free piston device and method for operating a free piston device - Google Patents

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Abstract

Freikolbenvorrichtung, umfassend mindestens einen Freikolbenmotor (12), der mindestens eine linear bewegliche Kolbeneinrichtung (16) und eine Kolbenaufnahme (14) umfasst, wobei die Kolbenaufnahme (14) eine einen ersten Expansionsraum (38) bildende erste Expansionskammer (34) und eine einen zweiten Expansionsraum (40) bildende zweite Expansionskammer (36) zur jeweiligen Expansionen eines Arbeitsmediums aufweist, wobei die mindestens eine Kolbeneinrichtung (16) einen den ersten Expansionsraum (38) begrenzenden ersten Arbeitskolben (20) und einen den zweiten Expansionsraum (40) begrenzenden zweiten Arbeitskolben (22) aufweist, wobei der Freikolbenmotor (12) ferner eine Rückfedereinrichtung (54) zum Bereitstellen einer Rückfederkraft für die mindestens eine Kolbeneinrichtung (16) umfasst und wobei die Freikolbenvorrichtung (10; 80; 120; 150) eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (48) umfasst zum Steuern und/oder Regeln von Arbeitstakten des ersten Arbeitskolbens (20) und des zweiten Arbeitskolbens (22), wobei der erste Arbeitskolben (20) und der zweite Arbeitskolben (22) miteinander mechanisch gekoppelt sind zum Bereitstellen einer Bewegung eines Arbeitskolbens (20) in Abhängigkeit einer Bewegung des jeweils anderen Arbeitskolbens (22) und wobei mit der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (48) ein Viertaktbetrieb des ersten Arbeitskolbens (20) und des zweiten Arbeitskolbens (22) steuerbar und/oder regelbar ist, wobei die Arbeitstakte des ersten Arbeitskolbens (20) und des zweiten Arbeitskolbens (22) um zwei Arbeitstakte des Viertaktbetriebes zeitversetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionskammern (34, 36) und die darin angeordneten Arbeitskolben (20, 22) seitlich nebeneinander angeordnet sind, dass der erste Arbeitskolben (20) und der zweite Arbeitskolben (22) parallel zueinander beweglich sind und dass der erste Arbeitskolben (20) und der zweite Arbeitskolben (22) starr miteinander gekoppelt sind.Free-piston device comprising at least one free-piston engine (12) which comprises at least one linearly movable piston device (16) and a piston holder (14), the piston holder (14) having a first expansion chamber (34) forming a first expansion chamber (38) and a second one Expansion chamber (40) has a second expansion chamber (36) for the respective expansions of a working medium, the at least one piston device (16) having a first working piston (20) delimiting the first expansion chamber (38) and a second working piston (delimiting the second expansion chamber (40)) 22), the free-piston engine (12) further comprising a spring-back device (54) for providing a spring-back force for the at least one piston device (16), and the free-piston device (10; 80; 120; 150) having a control and / or regulating device ( 48) includes for controlling and / or regulating work cycles of the first working piston (20) and the second en working piston (22), the first working piston (20) and the second working piston (22) being mechanically coupled to one another to provide a movement of a working piston (20) in dependence on a movement of the respective other working piston (22) and with the control and / or control device (48) a four-cycle operation of the first working piston (20) and the second working piston (22) can be controlled and / or regulated, the working cycles of the first working piston (20) and the second working piston (22) being two working cycles of the four-cycle operation are staggered in time, characterized in that the expansion chambers (34, 36) and the working pistons (20, 22) arranged therein are arranged side by side, that the first working piston (20) and the second working piston (22) are movable parallel to each other and that first working piston (20) and the second working piston (22) are rigidly coupled to one another.

Description

Die Erfindung betrifft eine Freikolbenvorrichtung, umfassend mindestens einen Freikolbenmotor, der mindestens eine linear bewegliche Kolbeneinrichtung und eine Kolbenaufnahme umfasst, wobei die Kolbenaufnahme eine einen ersten Expansionsraum bildende erste Expansionskammer und eine einen zweiten Expansionsraum bildende zweite Expansionskammer zur jeweiligen Expansion eines Arbeitsmediums aufweist, wobei die mindestens eine Kolbeneinrichtung einen den ersten Expansionsraum begrenzenden ersten Arbeitskolben und einen den zweiten Expansionsraum begrenzenden zweiten Arbeitskolben aufweist, wobei der Freikolbenmotor ferner eine Rückfedereinrichtung zum Bereitstellen einer Rückfederkraft für die mindestens eine Kolbeneinrichtung umfasst und wobei die Freikolbenvorrichtung eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung umfasst zum Steuern und/oder Regeln von Arbeitstakten des ersten Arbeitskolbens und des zweiten Arbeitskolbens, wobei der erste Arbeitskolben und der zweite Arbeitskolben miteinander mechanisch gekoppelt sind zum Bereitstellen einer Bewegung eines Arbeitskolbens in Abhängigkeit einer Bewegung des jeweils anderen Arbeitskolbens und wobei mit der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung ein Viertaktbetrieb des ersten Arbeitskolbens und des zweiten Arbeitskolbens steuerbar und/oder regelbar ist, wobei die Arbeitstakte des ersten Arbeitskolbens und des zweiten Arbeitskolbens um zwei Arbeitstakte des Viertaktbetriebes zeitversetzt sind.The invention relates to a free-piston device comprising at least one free-piston engine, which comprises at least one linearly movable piston device and a piston holder, the piston holder having a first expansion chamber forming a first expansion space and a second expansion chamber forming a second expansion space for the respective expansion of a working medium, the at least one a piston device has a first working piston delimiting the first expansion space and a second working piston delimiting the second expansion space, the free-piston engine further comprising a spring-back device for providing a spring-back force for the at least one piston device, and wherein the free-piston device comprises a control and / or regulating device for controlling and / or regulating work cycles of the first working piston and the second working piston, the first working piston and the second working piston being included are mechanically coupled to provide a movement of a working piston as a function of a movement of the other working piston and wherein the control and / or regulating device is used to control and / or regulate a four-stroke operation of the first working piston and the second working piston, the working cycles of the first working piston and the second working piston are offset by two working cycles of the four-stroke mode.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung.The invention also relates to a method for operating a free piston device.

Freikolbenvorrichtungen sind beispielsweise aus der DE 102 19 549 A1 , der DE 102 42 141 A1 , der DE 10 2006 029 532 A1 und der DE 10 2011 000 620 A1 bekannt. Unter der Wirkung eines expandierenden Arbeitsmediums, insbesondere eines Brennstoff-Luft-Gemisches, kann ein Arbeitskolben bewegt und die dabei auftretende mechanische kinetische Energie der mindestens einen Kolbeneinrichtung durch eine Energiekopplungseinrichtung entnommen werden. Der Brennstoff ist beispielsweise Benzin, Diesel, Wasserstoff oder Methan, und anstelle von Luft kann auch ein anderer Oxidator zum Einsatz kommen. Die Energiekopplungseinrichtung ist im Fall der vorstehend erwähnten Druckschriften jeweils ein elektrischer Lineartrieb, mit dem die mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt werden kann.Free piston devices are for example from the DE 102 19 549 A1 , of the DE 102 42 141 A1 , of the DE 10 2006 029 532 A1 and the DE 10 2011 000 620 A1 known. Under the action of an expanding working medium, in particular a fuel-air mixture, a working piston can be moved and the mechanical kinetic energy that occurs can be taken from the at least one piston device by an energy coupling device. The fuel is, for example, gasoline, diesel, hydrogen or methane, and another oxidizer can be used instead of air. In the case of the publications mentioned above, the energy coupling device is in each case an electrical linear drive, with which the mechanical energy can be converted into electrical energy.

Üblicherweise werden Freikolbenvorrichtungen im Zweitaktverfahren betrieben, was jedoch Nachteile mit sich bringt. Für eine zuverlässige Spülung des Expansionsraumes mit Arbeitsmedium ist ein Überdruck des einströmenden Arbeitsmediums erforderlich, weswegen in der Praxis ein Kompressor oder eine Ladeeinrichtung eingesetzt wird. Dies erfordert jedoch einen höheren technischen und energetischen Aufwand. Als nachteilhaft erweist es sich auch, dass der Ladungswechsel im zweiten Arbeitstakt innerhalb eines nur kurzen Zeitraums erfolgen muss, was insbesondere bei hohen Betriebsfrequenzen der Freikolbenvorrichtung störend ist. Dadurch können in unerwünschter Weise hohe Restmengen an unverbranntem Arbeitsmedium im Expansionsraum verbleiben. Dies beeinträchtigt die Leistung des Freikolbenmotors, dessen Betriebspunkt nicht optimal einstellbar ist.Free-piston devices are usually operated in a two-stroke process, but this has disadvantages. An overpressure of the inflowing working medium is required for reliable flushing of the expansion space with working medium, which is why a compressor or a charging device is used in practice. However, this requires a higher technical and energy expenditure. It also proves to be disadvantageous that the charge change in the second work cycle must take place within a short period of time, which is particularly troublesome at high operating frequencies of the free-piston device. This can undesirably leave large amounts of unburned working medium in the expansion space. This affects the performance of the free-piston engine, the operating point of which cannot be optimally adjusted.

Um die vorstehenden Nachteile zu beheben ist es auch bekannt, Freikolbenvorrichtungen in einem Viertaktprozess zu betreiben, wie dies beispielsweise in der DE 10 2011 000 620 A1 erwähnt ist. Bauartbedingt treten jedoch auch hierbei Nachteile auf. Während im dritten Arbeitstakt (Arbeiten) der Arbeitskolben unter der Wirkung des expandierenden Arbeitsmediums bewegt wird und im zweiten und vierten Arbeitstakt (Verdichten; Ausstoßen) unter der Wirkung der Rückfedereinrichtung, bedarf es einer Energiekopplungseinrichtung, um den Arbeitskolben im ersten Arbeitstakt (Ansaugen) zu bewegen. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, Energie bereitzustellen, zum Beispiel durch Ausgestaltungen der Energiekopplungseinrichtung als elektrischen Lineartrieb. Beispielsweise erfolgt dies dadurch, dass während des dritten Arbeitstaktes der Kolbeneinrichtung Energie entzogen und zwischengespeichert wird, die während des Ansaugtaktes der Kolbeneinrichtung wieder zugeführt wird. Dies ist jedoch nachteilig, da eine mehrfache Wandlung von Energie auftritt, zudem zeigt sich in der Praxis, dass ein solcher Lineartrieb so dimensioniert werden muss, dass während des dritten und vierten Arbeitstaktes im Wesentlichen die gesamte bei der Expansion des Arbeitsmediums freiwerdende Energie gewandelt werden kann, der Lineartrieb also auf hohe Leistung ausgelegt werden muss. In den verbleibenden Arbeitstakten ist der Lineartrieb jedoch nicht ausgelastet.In order to remedy the above disadvantages, it is also known to operate free-piston devices in a four-stroke process, as is the case, for example, in DE 10 2011 000 620 A1 is mentioned. However, there are disadvantages due to the design. While in the third work cycle (working) the working piston is moved under the effect of the expanding working medium and in the second and fourth working cycle (compression; ejection) under the action of the spring-back device, an energy coupling device is required to move the working piston in the first working cycle (suction) . For this purpose, it is necessary to provide energy, for example by designing the energy coupling device as an electrical linear drive. For example, this is done by withdrawing and temporarily storing energy from the piston device during the third working cycle, which energy is fed back to the piston device during the intake cycle. However, this is disadvantageous since multiple conversion of energy occurs, and practice has shown that such a linear drive must be dimensioned such that essentially all of the energy released during the expansion of the working medium can be converted during the third and fourth working cycles , the linear drive must therefore be designed for high performance. However, the linear drive is not fully utilized in the remaining work cycles.

Die DE 197 43 776 A1 beschreibt eine Freikolbenvorrichtung der eingangs genannten Art.The DE 197 43 776 A1 describes a free piston device of the type mentioned.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Freikolbenvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der ein höherer Wirkungsgrad erzielbar ist, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Freikolbenvorrichtung bereitzustellen.The object of the present invention is to provide a free-piston device of the type mentioned at the outset, with which a higher degree of efficiency can be achieved, and to provide a method for operating such a free-piston device.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Freikolbenvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 oder 2 gelöst.This object is achieved according to the invention by a free-piston device with the features of independent claims 1 or 2.

„Um zwei Arbeitstakte zeitversetzt“ kann vorliegend insbesondere so verstanden werden, dass der Arbeitstakt eines Arbeitskolbens dem Arbeitstakt des jeweils anderen Arbeitskolbens zwei Takte nachläuft oder zwei Takte vorauseilt. Dadurch können sich die Arbeitstakte der Arbeitskolben um zwei Arbeitstakte des Viertaktbetriebes unterscheiden. Beispielsweise kann ein Arbeitskolben den ersten Arbeitstakt und der weitere Arbeitskolben den dritten Arbeitstakt ausführen und umgekehrt, und ein Arbeitskolben kann den zweiten Arbeitstakt und der andere Arbeitskolben den vierten Arbeitstakt ausführen und umgekehrt. Bei der erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung ist vorgesehen, dass die Arbeitskolben miteinander mechanisch gekoppelt sind, die Freikolbenvorrichtung gewissermaßen eine mechanische Kopplungseinrichtung zum Koppeln der Arbeitskolben miteinander umfasst. Durch die Bewegung eines Arbeitskolbens kann durch die mechanische Kopplung eine Bewegung des jeweils anderen Arbeitskolbens bewirkt werden. Da die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung den Betrieb jedes Arbeitskolbens in einem Viertaktprozess steuern und/oder regeln kann, ist dadurch die Möglichkeit gegeben, die Freikolbenvorrichtung insgesamt energetisch und in Bezug auf die Schadstoffemissionen vorteilhaft in einem Viertaktverfahren zu betreiben. Führt ein Arbeitskolben den Arbeitstakt aus, führt die mechanische Kopplung dazu, dass der jeweils andere Arbeitskolben im Ansaugtakt gleichzeitig bewegt wird. In entsprechender Weise kann eine gekoppelte Bewegung erfolgen, bei der ein Arbeitskolben den Ausstoßtakt ausführt und der andere Arbeitskolben den Verdichtungstakt. Im Gegensatz zum eingangs erläuterten Stand der Technik ist es insbesondere nicht erforderlich, den Viertaktprozess unter Einsatz einer Energiekopplungseinrichtung aufrecht zu erhalten. Dies wirkt sich vorteilhaft auf den Arbeitspunkt beider Arbeitskolben aus und damit der Freikolbenvorrichtung insgesamt, mit der auf diese Weise ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden kann.“Delayed by two work cycles” in the present case can be understood in particular to mean that the work cycle of a working piston corresponds to the work cycle the other working piston runs two bars or two bars ahead. As a result, the work cycles of the working pistons can differ by two work cycles of four-stroke operation. For example, one working piston can carry out the first working cycle and the further working piston can carry out the third working cycle and vice versa, and one working piston can carry out the second working cycle and the other working piston the fourth working cycle and vice versa. In the free-piston device according to the invention it is provided that the working pistons are mechanically coupled to one another, the free-piston device to a certain extent comprises a mechanical coupling device for coupling the working pistons to one another. The movement of one working piston can cause the other working piston to move by the mechanical coupling. Since the open-loop and / or closed-loop control device can control and / or regulate the operation of each working piston in a four-stroke process, this enables the free-piston device to be operated in an energetic manner and advantageously in a four-stroke process with respect to the pollutant emissions. If a working piston executes the work cycle, the mechanical coupling leads to the other working piston being moved simultaneously in the intake cycle. In a corresponding manner, a coupled movement can take place, in which one working piston carries out the exhaust stroke and the other working piston carries out the compression stroke. In contrast to the prior art explained at the outset, it is in particular not necessary to maintain the four-stroke process using an energy coupling device. This has an advantageous effect on the working point of both working pistons and thus on the free piston device as a whole, with which a higher degree of efficiency can be achieved in this way.

Die Arbeitstakte der beiden Arbeitskolben können insbesondere dieselbe jeweilige Dauer aufweisen.The work cycles of the two working pistons can in particular have the same respective duration.

Günstig ist es, wenn die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zum Steuern und/oder Regeln der Arbeitstakte des ersten Arbeitskolbens und des zweiten Arbeitskolbens mit einer an der ersten Expansionskammer und/oder der zweiten Expansionskammer angeordneten Ventileinrichtung in Wirkverbindung steht. Die Ventileinrichtung umfasst beispielsweise mindestens ein Einlassventil und mindestens ein Auslassventil an jeder Expansionskammer, über die das Arbeitsmedium in den Expansionsraum eingelassen beziehungsweise aus diesem ausgelassen werden kann.It is favorable if the control and / or regulating device for controlling and / or regulating the work cycles of the first working piston and the second working piston is operatively connected to a valve device arranged on the first expansion chamber and / or the second expansion chamber. The valve device comprises, for example, at least one inlet valve and at least one outlet valve on each expansion chamber, via which the working medium can be let into or out of the expansion space.

Die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung kann vorteilhafterweise mit einer an der ersten Expansionskammer und/oder der zweiten Expansionskammer angeordneten Zündeinrichtung in Wirkverbindung stehen, mit der das Arbeitsmedium im ersten Expansionsraum beziehungsweise zweiten Expansionsraum gezündet werden kann.The control and / or regulating device can advantageously be operatively connected to an ignition device arranged on the first expansion chamber and / or the second expansion chamber, with which the working medium can be ignited in the first expansion space or second expansion space.

Die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung kann auch mit einer an der ersten Expansionskammer und/oder der zweiten Expansionskammer angeordneten Einspritzeinrichtung in Wirkverbindung stehen, über welche das Arbeitsmedium direkt in den Expansionsraum eingespritzt wird.
Die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung kann auch mit einer Mischeinrichtung zum Bereitstellen des Arbeitsmediums als Brennstoff-Oxidator-Gemisch in Wirkverbindung stehen, so dass das Mischverhältnis gesteuert und/oder geregelt werden kann.The control and / or regulating device can also be operatively connected to an injection device arranged on the first expansion chamber and / or the second expansion chamber, via which the working medium is injected directly into the expansion space.
The control and / or regulating device can also be operatively connected to a mixing device for providing the working medium as a fuel-oxidizer mixture, so that the mixing ratio can be controlled and / or regulated.

Die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung kann auch mit einer Ladeeinrichtung, beispielsweise einem Turbolader, zum Bereitstellen eines Volumenstroms des Arbeitsmediums oder dessen Druckerhöhung in Wirkverbindung stehen.The control and / or regulating device can also be operatively connected to a charging device, for example a turbocharger, for providing a volume flow of the working medium or increasing its pressure.

Von Vorteil ist es, wenn der Hub des ersten Arbeitskolbens und des zweiten Arbeitskolbens gleich ist und/oder wenn der Hub des ersten Arbeitskolbens und des zweiten Arbeitskolbens steuerbar und/oder regelbar ist. Beispielsweise ist eine Steuerung und/oder Regelung des Hubs im Betrieb der Freikolbenvorrichtung möglich. Hierzu kann zum Beispiel ein elektrischer Lineargenerator (Lineartrieb) eingesetzt werden.It is advantageous if the stroke of the first working piston and the second working piston is the same and / or if the stroke of the first working piston and the second working piston can be controlled and / or regulated. For example, it is possible to control and / or regulate the stroke during operation of the free piston device. For example, an electrical linear generator (linear drive) can be used for this.

Bei einer konstruktiv einfachen Ausgestaltung ist der erste Arbeitskolben und der zweite Arbeitskolben von einem jeweiligen oberen Totpunkt zu einem jeweiligen unteren Totpunkt bewegbar, und die Lage des jeweiligen oberen Totpunkts und/oder des jeweiligen unteren Totpunkts ist, vorzugsweise im Betrieb der Freikolbenvorrichtung, steuerbar und/oder regelbar. Auch zu diesem Zweck kann beispielsweise ein elektrischer Lineartrieb eingesetzt werden.In a structurally simple embodiment, the first working piston and the second working piston can be moved from a respective top dead center to a respective bottom dead center, and the position of the respective top dead center and / or the respective bottom dead center is controllable and / or preferably during operation of the free-piston device. or adjustable. An electric linear drive can also be used for this purpose, for example.

Günstig ist es, wenn die mindestens eine Kolbeneinrichtung eine Kopplungseinrichtung umfasst oder ausbildet zum Koppeln des ersten Arbeitskolbens mit dem zweiten Arbeitskolben. Dadurch kann eine konstruktiv einfache Ausgestaltung erzielt werden, bei der die Kopplungseinrichtung Bestandteil der mindestens einen Kolbeneinrichtung ist und sich zusammen mit dieser bewegen kann.It is advantageous if the at least one piston device comprises or forms a coupling device for coupling the first working piston to the second working piston. This enables a structurally simple configuration to be achieved in which the coupling device is part of the at least one piston device and can move together with it.

Bei einer ersten erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung ist es günstig, dass die Expansionskammern und die darin angeordneten Arbeitskolben seitlich nebeneinander angeordnet sind und der erste Arbeitskolben und der zweite Arbeitskolben vorzugsweise parallel zueinander beweglich sind. Bei konstruktiv einfacher Ausgestaltung kann dadurch eine kompakte Bauform der Freikolbenvorrichtung erzielt werden.In a first free-piston device according to the invention, it is favorable that the expansion chambers and the working pistons arranged therein are arranged laterally next to one another and the first working piston and the second working piston are preferably movable parallel to one another. With a structurally simple configuration, a compact design of the free piston device can be achieved.

Der erste Arbeitskolben und der zweite Arbeitskolben sind bei der ersten erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung starr miteinander gekoppelt. Darunter kann vorliegend insbesondere verstanden werden, dass der erste und der zweite Arbeitskolben relativ zueinander unbeweglich sind, unabhängig vom Arbeitstakt jedes Arbeitskolbens. Die starre Kopplung ermöglicht eine konstruktiv einfache Ausgestaltung und einen zuverlässigen Betrieb der Freikolbenvorrichtung. The first working piston and the second working piston are rigidly coupled to one another in the first free-piston device according to the invention. In the present case, this can be understood in particular to mean that the first and the second working piston are immovable relative to one another, regardless of the working cycle of each working piston. The rigid coupling enables a structurally simple design and reliable operation of the free piston device.

Günstig ist es, wenn am ersten Arbeitskolben und am zweiten Arbeitskolben festgelegte Kolbentragelemente über ein Kopplungselement fest miteinander verbunden sind. Die Kolbentragelemente sind beispielsweise an den Arbeitskolben festgelegte Kolbenstangen, die an ihren den Arbeitskolben gegenüberliegenden Seiten über das Kopplungselement fest verbunden sind, so dass auch eine feste Verbindung der Arbeitskolben miteinander erzielt werden kann. Das Kopplungselement ist beispielsweise quer zu einer Achse der Freiko-Ibenvorrichtung, längs derer die mindestens eine Kolbeneinrichtung beweglich ist, ausgerichtet. Die Arbeitskolben können sich synchron axial und damit parallel zueinander unter der Kopplung durch das Kopplungselement bewegen.It is expedient if piston support elements fixed on the first working piston and on the second working piston are firmly connected to one another via a coupling element. The piston support elements are, for example, piston rods fixed to the working pistons, which are firmly connected on their sides opposite the working pistons via the coupling element, so that a firm connection of the working pistons to one another can also be achieved. The coupling element is oriented, for example, transversely to an axis of the Freiko-Iben device, along which the at least one piston device is movable. The working pistons can move synchronously axially and thus parallel to one another under the coupling through the coupling element.

Von Vorteil ist, wenn die mindestens eine Kolbeneinrichtung einen Rückfederkolben umfasst, der über ein weiteres Kolbentragelement an einer dem ersten Arbeitskolben und dem zweiten Arbeitskolben gegenüberliegenden Seite am Kopplungselement festgelegt ist, wobei der Rückfederkolben einen Rückfederraum der Rückfedereinrichtung begrenzt. Die Rückfedereinrichtung, darauf wird nachfolgend noch eingegangen, kann einen von einem Rückfederkolben begrenzten Rückfederraum umfassen. Der Rückfederkolben kann über ein weiteres Kolbentragelement, insbesondere in Gestalt einer Kolbenstange, am Kopplungselement festgelegt sein. Dies gibt die Möglichkeit, eine Rückfederkraft zugleich auf den ersten Arbeitskolben und den zweiten Arbeitskolben auszuüben. Ferner kann eine kompakte Bauform der Freikolbenvorrichtung erzielt werden.It is advantageous if the at least one piston device comprises a spring-back piston, which is fixed on the coupling element via a further piston support element on a side opposite the first working piston and the second working piston, the spring-back piston limiting a spring-back space of the spring-back device. The spring-back device, which will be discussed in more detail below, can comprise a spring-back space delimited by a spring-back piston. The spring-loaded piston can be fixed on the coupling element via a further piston support element, in particular in the form of a piston rod. This gives the possibility of exerting a spring force on the first working piston and the second working piston at the same time. Furthermore, a compact design of the free piston device can be achieved.

Von Vorteil ist es, wenn das weitere Kolbentragelement, bezogen auf eine von der Freikolbenvorrichtung definierte Achse, mittig zwischen dem ersten Arbeitskolben und dem zweiten Arbeitskolben angeordnet ist. Dadurch kann die Masse bewegter Bauteile gleichmäßiger verteilt werden. Die Anforderungen an die mechanische Beanspruchbarkeit der Komponenten der Freikolbenvorrichtung kann verringert werden. Idealerweise wird ein gleichmäßigerer und ruhigerer Lauf der Freikolbenvorrichtung ermöglicht.It is advantageous if the further piston support element, in relation to an axis defined by the free piston device, is arranged centrally between the first working piston and the second working piston. This allows the mass of moving components to be distributed more evenly. The requirements for the mechanical strength of the components of the free piston device can be reduced. Ideally, the free-piston device will run more smoothly and smoothly.

Bei einer zweiten erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung ist es günstig, dass der erste Arbeitskolben und der zweite Arbeitskolben beweglich miteinander gekoppelt und relativ zueinander beweglich sind.In a second free-piston device according to the invention, it is favorable that the first working piston and the second working piston are coupled to one another in a movable manner and are movable relative to one another.

Beispielsweise ist es günstig, dass bei der zweiten erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung die mindestens eine Kolbeneinrichtung einen den ersten Arbeitskolben aufweisenden ersten Abschnitt und einen den zweiten Arbeitskolben aufweisenden zweiten Abschnitt umfasst, die jeweils längs einer Achse der Freikolbenvorrichtung beweglich sind, und wenn die Abschnitte unter Steuerung und/oder Regelung der Arbeitstakte der Arbeitskolben relativ zueinander gegengleich bewegbar sind. Der erste und der zweite Abschnitt umfassen bevorzugt jeweils einen Arbeitskolben und ein daran festgelegtes Kolbentragelement, beispielsweise in Gestalt einer Kolbenstange. Die Abschnitte sind koaxial zueinander ausgerichtet und können sich bei Ansteuerung der Arbeitstakte der Arbeitskolben mittels der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung axial gegengleich (antiparallel) bewegen, wobei sie axial voneinander beabstandet sind. Die Arbeitskolben sind bei dieser Ausführungsform beweglich miteinander gekoppelt, wobei durch eine Bewegung eines Arbeitskolbens eine Bewegung des jeweils anderen Arbeitskolbens bewirkt werden kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, die Masse bewegter Bauteile möglichst gleichmäßig zu verteilen, um dadurch die mechanische Beanspruchbarkeit der Komponenten zu verringern und idealerweise einen ruhigeren und gleichmäßigeren Betrieb der Freikolbenvorrichtung zu erzielen.For example, it is favorable that in the second free-piston device according to the invention the at least one piston device comprises a first section having the first working piston and a second section having the second working piston, each of which is movable along an axis of the free-piston device, and if the sections are under control and / or regulation of the work cycles of the working pistons can be moved in opposite directions relative to one another. The first and the second section preferably each comprise a working piston and a piston supporting element fixed thereon, for example in the form of a piston rod. The sections are aligned coaxially to one another and can move axially opposite (antiparallel) when the work cycles of the working pistons are activated by means of the control and / or regulating device, wherein they are axially spaced apart. In this embodiment, the working pistons are movably coupled to one another, whereby movement of one working piston can cause the other working piston to move. In the present embodiment, it is also possible to distribute the mass of moving components as evenly as possible in order to reduce the mechanical strength of the components and ideally to achieve a quieter and more uniform operation of the free-piston device.

Als günstig erweist es sich, wenn der erste Arbeitskolben und der zweite Arbeitskolben an einer dem jeweils anderen zweiten beziehungsweise ersten Abschnitt abgewandten Seiten des ersten beziehungsweise des zweiten Abschnitts angeordnet sind. Dies erleichtert es, den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt, zum Beispiel an einander zugewandten Seiten, mechanisch miteinander zu koppeln.It proves to be advantageous if the first working piston and the second working piston are arranged on a side of the first or second section facing away from the other second or first section. This makes it easier to mechanically couple the first section and the second section, for example on mutually facing sides.

Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die mindestens eine Kolbeneinrichtung einen Abstandsänderungsmechanismus umfasst zum Bereitstellen eines unterschiedlichen Abstandes des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts voneinander abhängig vom Arbeitstakt der Arbeitskolben. Durch den Abstandsänderungsmechanismus kann eine bewegliche Kopplung der Arbeitskolben und eine Relativbewegung der Kolben zueinander sichergestellt werden.It proves to be advantageous if the at least one piston device comprises a distance changing mechanism for providing a different distance between the first section and the second section depending on the working cycle of the working piston. A movable coupling of the working pistons and a relative movement of the pistons to one another can be ensured by the distance change mechanism.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt einen minimalen Abstand voneinander einnehmen, wenn die Arbeitskolben einen jeweiligen unteren Totpunkt einnehmen und einen maximalen Abstand voneinander einnehmen, wenn die Arbeitskolben einen jeweiligen oberen Totpunkt einnehmen, insbesondere bei der zuvorletzt erwähnten vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung.For example, it can be provided that the first section and the second section are at a minimum distance from one another when the working pistons are at a respective bottom dead center and are at a maximum distance from one another when the working pistons are at a respective one Take top dead center, especially in the previously mentioned advantageous embodiment of the free piston device according to the invention.

Bei einer nicht beanspruchten konstruktiv einfachen Umsetzung der Freikolbenvorrichtung in der Praxis erweist es sich als günstig, wenn der Abstandsänderungsmechanismus ein Gelenkelement umfasst, das am ersten Abschnitt und am zweiten Abschnitt jeweils um eine quer zur Achse ausgerichtete Drehachse drehbar festgelegt ist, wobei die Drehachsen auf einander gegenüberliegenden Seiten der Achse angeordnet sind. „Quer zur Achse ausgerichtet“ bedeutet vorliegend, dass die Drehachsen eine die Achse der Freikolbenvorrichtung enthaltende Ebene senkrecht schneiden. Das Gelenkelement ist am ersten und am zweiten Abschnitt jeweils um eine Drehachse schwenkbar festgelegt, wobei die Drehachsen auf unterschiedlichen Seiten der Achse angeordnet sind. Das Gelenkelement kann dadurch von der einen Seite der Achse zur gegenüberliegenden Seite der Achse verlaufen und eine Ebene schneiden, welche die Achse der Freikolbenvorrichtung enthält und parallel zu den Drehachsen ausgerichtet ist. Bei einer Bewegung des ersten Abschnitts, hervorgerufen durch eine Bewegung des entsprechenden Arbeitskolbens, kann das Gelenkelement um die jeweiligen Drehachsen verschwenkt werden und dabei eine Bewegung des zweiten Abschnitts und des zweiten Arbeitskolbens bewirken, und umgekehrt.In a structurally simple implementation of the free-piston device in practice, it proves to be expedient if the distance change mechanism comprises a joint element which is rotatably fixed on the first section and on the second section in each case about an axis of rotation oriented transversely to the axis, the axes of rotation on one another opposite sides of the axis are arranged. “Aligned transversely to the axis” here means that the axes of rotation intersect perpendicularly a plane containing the axis of the free-piston device. The joint element is fixed on the first and on the second section in each case pivotable about an axis of rotation, the axes of rotation being arranged on different sides of the axis. The joint element can thereby run from one side of the axis to the opposite side of the axis and intersect a plane which contains the axis of the free-piston device and is aligned parallel to the axes of rotation. When the first section is moved, caused by a movement of the corresponding working piston, the joint element can be pivoted about the respective axes of rotation and thereby cause a movement of the second section and the second working piston, and vice versa.

Als vorteilhaft erweist es sich, wenn das Gelenkelement an der mindestens einen Kolbenaufnahme oder an einem Gehäuse des Freikolbenmotors um eine quer zur Achse ausgerichtet Drehachse drehbar festgelegt ist. Durch Festlegung an der Kolbenaufnahme oder am Gehäuse kann ein zuverlässigerer Betrieb der Freikolbenvorrichtung erzielt werden, bei dem das Gelenkelement gerätefest ist.It proves to be advantageous if the joint element is fixed on the at least one piston receptacle or on a housing of the free-piston engine so as to be rotatable about an axis of rotation oriented transversely to the axis. A more reliable operation of the free-piston device, in which the joint element is fixed to the device, can be achieved by fixing it on the piston receptacle or on the housing.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung ist es günstig, wenn der Abstandsänderungsmechanismus mindestens ein Paar von Gelenkelementen umfasst, deren jeweils eines am ersten Abschnitt beziehungsweise am zweiten Abschnitt drehbar festgelegt ist und die drehbar miteinander verbunden sind, wobei die Drehachsen quer zur Achse ausgerichtet sind. Verschwenken die Gelenkelemente relativ zum ersten beziehungsweise zweiten Abschnitt und relativ zueinander, kann der Abstand der Abschnitte voneinander geändert und dadurch eine Relativbewegung der Arbeitskolben durch mechanische Kopplung erzielt werden.In an advantageous embodiment of the free-piston device according to the invention, it is advantageous if the distance change mechanism comprises at least one pair of joint elements, one of which is rotatably attached to the first section and the second section, and which are rotatably connected to one another, the axes of rotation being aligned transversely to the axis. If the joint elements pivot relative to the first or second section and relative to one another, the spacing of the sections from one another can be changed and a relative movement of the working pistons can thereby be achieved by mechanical coupling.

Vorzugsweise sind zwei Paare von Gelenkelementen vorgesehen, wobei die Paare von Gelenkelementen einander bezüglich der Achse gegenüberliegen. Beispielsweise sind die Paare von Gelenkelemente symmetrisch zueinander bezüglich der Achse angeordnet.Two pairs of joint elements are preferably provided, the pairs of joint elements lying opposite one another with respect to the axis. For example, the pairs of joint elements are arranged symmetrically with respect to one another with respect to the axis.

Das Gelenk bzw. die Gelenke, an denen die Gelenkelemente miteinander verbunden sind, sind vorzugsweise in mindestens einer Führung der Freikolbenvorrichtung quer zur Bewegungsrichtung der Kolbeneinrichtung beweglich.The joint or the joints on which the joint elements are connected to one another are preferably movable in at least one guide of the free-piston device transversely to the direction of movement of the piston device.

Als günstig erweist es sich, wenn die Rückfedereinrichtung mindestens eine Gasfedereinrichtung umfasst oder ausbildet, wobei die Kolbenaufnahme mindestens eine Rückfederkammer aufweist, in der mindestens ein Rückfederraum gebildet ist, und wenn die mindestens eine Kolbeneinrichtung mindestens einen Rückfederkolben umfasst, der den mindestens einen Rückfederraum begrenzt und mit dem ersten Arbeitskolben und/oder dem zweiten Arbeitskolben über mindestens ein Kolbentrageelement gekoppelt ist. Die Gasfedereinrichtung erlaubt es beispielsweise, den Arbeitspunkt des Freikolbenmotors einzustellen, wobei insbesondere eine Einstellung im Betrieb der Freikolbenvorrichtung möglich ist. Die Einstellung des Arbeitspunktes erfolgt insbesondere durch Einstellung der Rückfederkraft der Gasfedereinrichtung, wie dies beispielsweise in der DE 10 2011 000 620 A1 oder DE 10 2006 029 532 A1 beschrieben ist.It proves to be favorable if the spring-back device comprises or forms at least one gas spring device, the piston receptacle having at least one spring-back chamber in which at least one spring-back chamber is formed, and if the at least one piston device comprises at least one spring-back piston that delimits the at least one spring-back chamber and is coupled to the first working piston and / or the second working piston via at least one piston support element. The gas spring device makes it possible, for example, to set the operating point of the free-piston engine, it being possible, in particular, to adjust the operation of the free-piston device. The adjustment of the operating point is carried out in particular by adjusting the spring force of the gas spring device, as is the case, for example, in DE 10 2011 000 620 A1 or DE 10 2006 029 532 A1 is described.

Ein in der Rückfederkammer aufgenommenes Gas kann unter der Wirkung des Rückfederkolbens komprimiert werden. Bei der nachfolgenden Expansion kann eine Rückfederkraft auf den Rückfederkolben und ein Kolbentragelement desselben, zum Beispiel eine Kolbenstange, ausgeübt werden. Die Kolbenstange kann an einem dem Rückfederkolben gegenüberliegenden Ende einen Arbeitskolben umfassen. Denkbar ist, wie vorstehend erläutert, auch, dass das Kolbentragelement mit einem zwei Arbeitskolben mechanisch miteinander koppelnden Kopplungselement verbunden ist.A gas received in the rebound chamber can be compressed under the action of the rebound piston. During the subsequent expansion, a spring-back force can be exerted on the spring-loaded piston and a piston-supporting element of the same, for example a piston rod. The piston rod can comprise a working piston at an end opposite the spring-loaded piston. As explained above, it is also conceivable that the piston support element is connected to a coupling element that mechanically couples two working pistons to one another.

Alternativ oder ergänzend zu einer Gasfedereinrichtung kann die Rückfedereinrichtung mechanisch ausgebildet sein, beispielsweise eine mechanische Feder umfassen.As an alternative or in addition to a gas spring device, the spring-back device can be designed mechanically, for example comprise a mechanical spring.

Günstig ist es, wenn die Rückfedereinrichtung eine erste Rückfedereinheit umfasst, die dem ersten Arbeitskolben zugeordnet ist und eine zweite Rückfedereinheit, die dem zweiten Arbeitskolben zugeordnet ist, wobei jede Rückfedereinheit über einen Rückfederkolben, der über ein Kolbentragelement mit einem der Arbeitskolben verbunden ist, auf den jeweiligen Arbeitskolben einwirkt. Jede Rückfedereinheit kann eine Rückfederkammer, einen Rückfederraum und einen darin angeordneten Rückfederkolben umfassen. Jeder Rückfederkolben ist mit einem der Arbeitskolben über ein Kolbentragelement, insbesondere eine Kolbenstange, verbunden. Dadurch kann jede Rückfedereinheit für sich eine Rückfederkraft bereitstellen, die auf den jeweiligen Arbeitskolben einwirkt.It is expedient if the spring-back device comprises a first spring-back unit which is assigned to the first working piston and a second spring-back unit which is assigned to the second working piston, each spring-back unit via a spring-back piston which is connected to one of the working pistons via a piston-carrying element the respective working piston. Each spring-back unit can comprise a spring-back chamber, a spring-back space and a spring-back piston arranged therein. Each spring-loaded piston is connected to one of the working pistons via a piston supporting element, in particular a piston rod. This allows each spring-back unit to provide a spring-back force that acts on the respective working piston.

Bei einer andersartigen vorteilhaften Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Rückfedereinrichtung dem ersten Arbeitskolben und dem zweiten Arbeitskolben gemeinsam zugeordnet ist und über einen Rückfederkolben auf ein Kolbentragelement einwirkt, das mit beiden Arbeitskolben gekoppelt ist. Wie vorstehend erwähnt kann die Rückstellkraft über ein am Rückfederkolben festgelegtes Kolbentragelement insbesondere auf das vorstehend erwähnte Kopplungselement ausgeübt werden, welches seinerseits mit den Kolbentragelementen der Arbeitskolben verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform ist beiden Arbeitskolben eine gemeinsame Rückfedereinrichtung zugeordnet, bei der nur eine Rückfederkammer und ein Rückfederraum zum Einsatz kommen kann.In another advantageous embodiment, it can be provided that the spring-back device is assigned to the first working piston and the second working piston and acts via a spring-loaded piston on a piston-carrying element which is coupled to both working pistons. As mentioned above, the restoring force can be exerted, in particular, on the coupling element mentioned above, which is in turn connected to the piston supporting elements of the working pistons, via a piston supporting element fixed on the resilient piston. In this embodiment, a common spring-back device is assigned to both working pistons, in which only one spring-back chamber and one spring-back chamber can be used.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung, bei der die Rückfedereinrichtung mindestens eine Gasfedereinrichtung umfasst oder ausbildet, kann vorgesehen sein, dass von der ersten Expansionskammer und/oder der zweiten Expansionskammer ein Rückfederraum gebildet ist, wobei der Expansionsraum der Expansionskammer und der Rückfederraum bezüglich einer Volumenänderung invers zueinander sind. Eine Volumenänderung des Expansionsraums der Expansionskammer kann synchron zu einer Volumenänderung des Rückfederraums in derselben Expansionskammer erfolgen, wobei eine Volumenerhöhung des Expansionsraums eine Volumenerniedrigung des Rückfederraums bewirkt und umgekehrt.In a further advantageous embodiment of the free-piston device according to the invention, in which the spring-back device comprises or forms at least one gas spring device, it can be provided that the first expansion chamber and / or the second expansion chamber form a spring-back space, the expansion space of the expansion chamber and the spring-back space with respect to one Volume change are inverse to each other. A volume change in the expansion space of the expansion chamber can take place synchronously with a volume change in the spring-back space in the same expansion chamber, a volume increase in the expansion space causing a volume reduction in the spring-back space and vice versa.

Der Rückfederraum ist bevorzugt von einem Rückfederkolben der Kolbeneinrichtung begrenzt, wobei besonders bevorzugt der Rückfederkolben durch den Arbeitskolben in der Expansionskammer gebildet ist, in welcher der Expansionsraum und der Rückfederraum gebildet sind. Bei einer Bewegung des Arbeitskolbens lässt sich das Volumen des Expansionsraumes und das Volumen des Rückfederraumes synchron und invers zueinander ändern, und dies auf konstruktiv einfache Weise. Der Arbeitskolben kann mit einer ersten Kolbenseite den Expansionsraum und mit einer zweiten, der ersten Kolbenseite gegenüberliegenden Kolbenseite den Rückfederraum begrenzen. Zudem kann eine kompakte Bauform des Freikolbenmotors erzielt werden.The spring-back space is preferably delimited by a spring-back piston of the piston device, the spring-back piston being particularly preferably formed by the working piston in the expansion chamber in which the expansion space and the spring-back space are formed. When the working piston moves, the volume of the expansion space and the volume of the resilience space can be changed synchronously and inversely to one another, and this in a structurally simple manner. The working piston can limit the expansion space with a first piston side and the spring-back space with a second piston side opposite the first piston side. In addition, a compact design of the free-piston engine can be achieved.

Besonders bevorzugt sind beide Expansionskammern derart gestaltet, dass sie eine Expansionskammer und einen Rückfederraum bilden, wobei dem ersten Expansionsraum ein erster Rückfederraum und dem zweiten Expansionsraum ein zweiter Rückfederraum zugeordnet sind.Both expansion chambers are particularly preferably designed such that they form an expansion chamber and a resilience space, the first expansion space being assigned a first resilience space and the second expansion space being assigned a second resilience space.

Wie bereits erwähnt ist es günstig, wenn die von der Rückfedereinrichtung ausgeübte Rückfederkraft im Betrieb der Freikolbenvorrichtung steuerbar und/oder regelbar ist, wie dies zum Beispiel in der DE 10 2011 000 620 A1 oder der DE 10 2006 029 532 A1 beschrieben ist.As already mentioned, it is favorable if the spring-back force exerted by the spring-back device can be controlled and / or regulated during operation of the free-piston device, as is the case, for example, in FIG DE 10 2011 000 620 A1 or the DE 10 2006 029 532 A1 is described.

Von Vorteil ist es, wenn der mindestens eine Freikolbenmotor eine Energiekopplungseinrichtung umfasst zum Aus- und/oder Einkoppeln von Energie aus der beziehungsweise in die mindestens eine Kolbeneinrichtung. Die Energiekopplungseinrichtung erlaubt es, mechanische kinetische Energie der mindestens einen Kolbeneinrichtung durch Wandlung auszukoppeln. Alternativ oder ergänzend kann Energie über die Energiekopplungseinrichtung in mechanische kinetische Energie gewandelt in die mindestens eine Kolbeneinrichtung eingekoppelt werden. Die Energiekopplungseinrichtung kann auf vielfältige Weise ausgestaltet sein, beispielsweise elektrisch, mechanisch, pneumatisch und/oder hydraulisch.It is advantageous if the at least one free-piston engine comprises an energy coupling device for coupling and / or coupling energy out of or into the at least one piston device. The energy coupling device allows mechanical kinetic energy of the at least one piston device to be coupled out by conversion. Alternatively or in addition, energy can be converted into mechanical kinetic energy via the energy coupling device and can be coupled into the at least one piston device. The energy coupling device can be designed in a variety of ways, for example electrically, mechanically, pneumatically and / or hydraulically.

Bei einer konstruktiv einfachen Ausgestaltung ist es von Vorteil, wenn die Energiekopplungseinrichtung mindestens einen elektrischen Lineartrieb umfasst mit einer Spulenanordnung und einer relativ dazu beweglichen Magnetanordnung. Der elektrische Lineartrieb (Lineargenerator) erlaubt es, die mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, die konstruktiv einfach gespeichert werden kann. Umgekehrt kann elektrische Energie über den Lineartrieb, in die mindestens eine Kolbeneinrichtung eingekoppelt, in mechanische Energie gewandelt werden.In a structurally simple configuration, it is advantageous if the energy coupling device comprises at least one electric linear drive with a coil arrangement and a magnet arrangement movable relative to it. The electrical linear drive (linear generator) allows the mechanical energy to be converted into electrical energy, which can be stored in a structurally simple manner. Conversely, electrical energy can be converted into mechanical energy via the linear drive, into which at least one piston device is coupled.

Vorzugsweise ist die Spulenanordnung ortsfest zur Kolbenaufnahme angeordnet, und die Magnetordnung ist an einem Kolbentragelement eines Arbeitskolbens festgelegt. Dadurch kann eine konstruktiv einfache Ausgestaltung des Lineartriebs erzielt werden. Die Magnetanordnung kann längs der Achse alternierend gepolte angeordnete Magnete umfassen, die mit ortsfesten, etwa an der Kolbenaufnahme oder an einem Gehäuse der Freikolbenvorrichtung angeordneten Spulen zusammenwirken können.The coil arrangement is preferably arranged in a stationary manner with respect to the piston receptacle, and the magnet arrangement is fixed to a piston support element of a working piston. In this way, a structurally simple configuration of the linear drive can be achieved. The magnet arrangement can comprise magnets which are alternately poled along the axis and which can interact with stationary coils, for example arranged on the piston receptacle or on a housing of the free-piston device.

Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die Bewegung der mindestens einen Kolbeneinrichtung mittels der Energiekopplungseinrichtung in Betrieb der Freikolbenvorrichtung steuerbar und/oder regelbar ist. Dies erlaubt es, einen Arbeitspunkt des mindestens einen Freikolbenmotors in dessen Betrieb einzustellen. Zu diesem Zweck kann die Energiekopplungseinrichtung mit der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung in Wirkverbindung stehen.It proves to be advantageous if the movement of the at least one piston device can be controlled and / or regulated by means of the energy coupling device in operation of the free piston device. This makes it possible to set an operating point of the at least one free-piston engine in its operation. For this purpose, the energy coupling device can be operatively connected to the control and / or regulating device.

Günstig ist es, wenn die Energiekopplungseinrichtung eine erste Energiekopplungseinheit umfasst, die dem ersten Arbeitskolben zugeordnet ist, und eine zweite Energiekopplungseinheit, die dem zweiten Arbeitskolben zugeordnet ist, wobei jede Energiekopplungseinheit an einem Kolbentragelement des jeweiligen Arbeitskolbens angeordnet ist und mit diesem zusammenwirkt. Beispielsweise ist vorgesehen, dass an jedem einem Arbeitskolben zugeordneten Kolbentragelement eine Magnetanordnung festgelegt ist, die mit einer ortsfesten Spulenanordnung zusammenwirkt. Die Bewegung jedes Arbeitskolbens für sich kann dadurch genutzt werden, um dessen mechanische kinetische Energie auszukoppeln, oder Energie kann in die mindestens eine Kolbeneinrichtung eingekoppelt werden.It is favorable if the energy coupling device has a first energy coupling unit comprises, which is assigned to the first working piston, and a second energy coupling unit which is assigned to the second working piston, wherein each energy coupling unit is arranged on a piston support element of the respective working piston and interacts with it. For example, it is provided that a magnet arrangement, which interacts with a stationary coil arrangement, is fixed on each piston support element assigned to a working piston. The movement of each working piston per se can thereby be used to decouple its mechanical kinetic energy, or energy can be coupled into the at least one piston device.

Bei einer andersartigen vorteilhaften Ausführungsform ist es günstig, wenn die Energiekopplungseinrichtung dem ersten Arbeitskolben und dem zweiten Arbeitskolben zugeordnet ist, wobei die Energiekopplungseinrichtung an einem Kolbentragelement für den ersten Arbeitskolben und den zweiten Arbeitskolben angeordnet ist.In another advantageous embodiment, it is advantageous if the energy coupling device is assigned to the first working piston and the second working piston, the energy coupling device being arranged on a piston support element for the first working piston and the second working piston.

Von Vorteil ist es, wenn die Freikolbenvorrichtung einen ersten Freikolbenmotor umfasst und einen zweiten Freikolbenmotor, die identisch oder im Wesentlichen identisch sind und die so angeordnet sind, dass sie bezüglich einer Symmetrieebene symmetrisch oder im Wesentlichen symmetrisch zueinander sind, welche Symmetrieebene senkrecht zu einer Achse der Freikolbenvorrichtung ist, längs derer die jeweilige mindestens eine Kolbeneinrichtung beweglich ist.It is advantageous if the free-piston device comprises a first free-piston engine and a second free-piston engine, which are identical or essentially identical and which are arranged in such a way that they are symmetrical or essentially symmetrical to one another with respect to a plane of symmetry, which plane of symmetry is perpendicular to an axis of the Free piston device is, along which the respective at least one piston device is movable.

Dabei ist es von Vorteil, wenn über die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung die Arbeitstakte der Arbeitskolben so steuerbar und/oder regelbar sind, dass die mindestens eine Kolbeneinrichtung des ersten Freikolbenmotors und die mindestens eine Kolbeneinrichtung des zweiten Freikolbenmotors gegengleich bewegbar sind. Dies erlaubt es, bei der Freikolbenvorrichtung einen Massen- und Momentenausgleich sicherzustellen. Die Freikolbenmotoren sind so symmetrisch relativ zueinander angeordnet, dass die jeweiligen Kolbeneinrichtungen gegengleich axial bewegt werden können, wobei jeder Freikolbenmotor zwei Arbeitskolben umfasst, die mechanisch gekoppelt sind und deren Arbeitstakte um zwei Arbeitstakte des Viertaktbetriebes zeitversetzt sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere die Arbeitstakte der Freikolbenmotoren identisch, d. h. zu jedem Arbeitskolben eines Freikolbenmotors existiert ein Arbeitskolben des jeweils anderen Freikolbenmotors, der denselben Arbeitstakt ausführt.It is advantageous if the work cycles of the working pistons can be controlled and / or regulated via the control and / or regulating device such that the at least one piston device of the first free-piston engine and the at least one piston device of the second free-piston engine can be moved in opposite directions. This makes it possible to ensure mass and moment compensation in the free-piston device. The free-piston engines are arranged symmetrically relative to one another in such a way that the respective piston devices can be moved axially in opposite directions, each free-piston engine comprising two working pistons which are mechanically coupled and whose work cycles are shifted in time by two work cycles of the four-cycle operation. In the present embodiment, in particular, the work cycles of the free-piston engines are identical, i. H. for each working piston of a free-piston engine there is a working piston of the other free-piston engine, which carries out the same work cycle.

Wie eingangs erwähnt, betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung. Ein erfindungsgemäßes Verfahren, das die eingangs gestellte Aufgabe löst, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Freikolbenvorrichtung der vorstehend beschriebenen Art so betrieben wird, dass die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung einen Viertaktbetrieb des ersten Arbeitskolbens und des zweiten Arbeitskolbens steuert und/oder regelt, wobei die Arbeitstakte des ersten Arbeitskolbens und des zweiten Arbeitskolbens um zwei Arbeitstakte des Viertaktbetriebes zeitversetzt sind.As mentioned at the beginning, the invention also relates to a method for operating a free piston device. A method according to the invention which achieves the object set forth above is characterized in that a free-piston device of the type described above is operated in such a way that the control and / or regulating device controls and / or regulates a four-cycle operation of the first working piston and the second working piston the working cycles of the first working piston and the second working piston are shifted by two working cycles of the four-stroke operation.

Die bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung der erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung beschriebenen Vorteile können unter Einsatz des Verfahrens erzielt werden. Diesbezüglich wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf voranstehende Erläuterungen verwiesen.The advantages already described in connection with the explanation of the free piston device according to the invention can be achieved using the method. In this regard, reference is made to the above explanations in order to avoid repetitions.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens angewendet werden, dessen Merkmale bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung vorteilhafter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung erwähnt wurden. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird diesbezüglich ebenfalls auf die voranstehenden Erläuterungen verwiesen.In particular, it can be provided that advantageous exemplary embodiments of the method according to the invention are used, the characteristics of which have already been mentioned in connection with the explanation of advantageous embodiments of the free-piston device according to the invention. To avoid repetition, reference is also made to the above explanations.

Insbesondere ist es günstig, wenn die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zum Steuern und/oder Regeln der Arbeitstakte des ersten Arbeitskolbens und des zweiten Arbeitskolbens mindestens eines der Folgenden steuert und/oder regelt:

  • - eine an der ersten Expansionskammer und/oder der zweiten Expansionskammer angeordnete Ventileinrichtung;
  • - eine an der ersten Expansionskammer und/oder der zweiten Expansionskammer angeordnete Zündeinrichtung;
  • - der ersten Expansionskammer und/oder der zweiten Expansionskammer angeordnete Einspritzeinrichtung;
  • - eine Mischeinrichtung zum Bereitstellen des Arbeitsmediums als Brennstoff-Oxidator-Gemisch;
  • - eine Ladeeinrichtung zum Bereitstellen eines Volumenstroms des Arbeitsmediums.
In particular, it is favorable if the control and / or regulating device controls and / or regulates at least one of the following for controlling and / or regulating the work cycles of the first working piston and the second working piston:
  • - A valve device arranged on the first expansion chamber and / or the second expansion chamber;
  • - An ignition device arranged on the first expansion chamber and / or the second expansion chamber;
  • - The first expansion chamber and / or the second expansion chamber arranged injection device;
  • - A mixing device for providing the working medium as a fuel-oxidizer mixture;
  • - A charging device for providing a volume flow of the working medium.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

  • 1: eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung;
  • 2: eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung;
  • 3: eine schematische Darstellung einer nicht beanspruchten bevorzugten Ausführungsform einer Freikolbenvorrichtung;
  • 4: eine schematische Darstellung einer dritten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung und
  • 5: eine schematische Darstellung einer vierten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung.
The following description of preferred embodiments of the invention serves in conjunction with the drawing to explain the invention in more detail. Show it:
  • 1 : a schematic representation of a first preferred embodiment of a free piston device according to the invention;
  • 2nd : a schematic representation of a second preferred embodiment of a free piston device according to the invention;
  • 3rd : a schematic representation of a preferred embodiment of a free-piston device not claimed;
  • 4th : a schematic representation of a third preferred embodiment of a free piston device according to the invention and
  • 5 : A schematic representation of a fourth preferred embodiment of a free piston device according to the invention.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung. Sie umfasst einen Freikolbenmotor 12, der eine Kolbenaufnahme 14 aufweist, die beispielsweise durch ein in der Zeichnung nicht gezeigtes Gehäuse der Freikolbenvorrichtung 10 gebildet wird. In der Kolbenaufnahme 14 ist eine Kolbeneinrichtung 16 längs einer von ihr definierten Achse 18 linear beweglich angeordnet. 1 shows a schematic representation of an overall with the reference numeral 10th proven advantageous embodiment of a free piston device according to the invention. It includes a free piston engine 12th that has a piston seat 14 has, for example, by a housing of the free piston device, not shown in the drawing 10th is formed. In the piston holder 14 is a piston device 16 along an axis defined by her 18th arranged linearly movable.

Bei der Freikolbenvorrichtung 10 umfasst die Kolbeneinrichtung 16 einen ersten Arbeitskolben 20 und einen zweiten Arbeitskolben 22. Die Arbeitskolben 20 und 22 sind an Kolbentragelementen 24 beziehungsweise 26 festgelegt, die vorliegend ausgestaltet sind als Kolbenstangen. An ihren den Arbeitskolben 20, 22 gegenüberliegenden Enden sind die Kolbenstangen 26 durch ein von der Kolbeneinrichtung 16 umfasstes Kopplungselement 28 fest miteinander verbunden, welches senkrecht zur Achse 18 ausgerichtet ist. Auf diese Weise sind die Arbeitskolben 20 und 22 starr miteinander gekoppelt.With the free piston device 10th includes the piston device 16 a first piston 20 and a second piston 22 . The working pistons 20 and 22 are on piston support elements 24th respectively 26 fixed, which are designed in the present case as piston rods. On their working pistons 20 , 22 opposite ends are the piston rods 26 by one from the piston device 16 included coupling element 28 firmly connected, which is perpendicular to the axis 18th is aligned. This is how the working pistons 20 and 22 rigidly coupled.

Die Kolbeneinrichtung 16 umfasst ferner einen Rückfederkolben 30, der an einem Kolbentragelement 32 festgelegt ist, vorliegend ebenfalls ausgestaltet als Kolbenstange. Die Kolbenstange 32 ist an ihrer dem Rückfederkolben 30 gegenüberliegenden Ende fest mit dem Kupplungselement 28 verbunden. Die Kolbenstange 32 definiert die Achse 18.The piston device 16 further includes a spring-loaded piston 30th on a piston support element 32 is defined, also configured in the present case as a piston rod. The piston rod 32 is on the spring-loaded piston 30th opposite end firmly to the coupling element 28 connected. The piston rod 32 defines the axis 18th .

Die Kolbenaufnahme 14 weist zwei seitlich nebeneinander angeordnete Expansionskammern 34 und 36 auf, die Expansionsräume 38 beziehungsweise 40 bilden. Die Arbeitskolben 20 und 22 begrenzen die Expansionsräume 38 beziehungsweise 40 jeweils mit einer Kolbenseite. Die Expansionsräume 38 und 40 sind vorliegend insbesondere Verbrennungsräume, in denen ein Arbeitsmedium verbrennen kann, um die Arbeitskolben 20 und 22 zu bewegen und damit die Kolbeneinrichtung 16 anzutreiben. Das Arbeitsmedium ist ein Treibstoff mit Oxidator (insbesondere Luft), wobei als Treibstoff beispielsweise Benzin, Diesel, Wasserstoff oder Methan zum Einsatz kommen kann.The piston holder 14 has two expansion chambers arranged side by side 34 and 36 on, the expansion spaces 38 respectively 40 form. The working pistons 20 and 22 limit the expansion spaces 38 or 40 each with one piston side. The expansion rooms 38 and 40 there are in particular combustion chambers in which a working medium can burn around the working pistons 20 and 22 to move and thus the piston device 16 to drive. The working medium is a fuel with an oxidizer (in particular air), whereby gasoline, diesel, hydrogen or methane can be used as the fuel.

Vorliegend ist an der Stirnseite jeder Expansionskammer 34, 36 ein Einlass 42 und ein Auslass 44 angeordnet, an die eine Zuführleitung 43 beziehungsweise eine Abführleitung 45 angeschlossen sind. Es können mehr als nur ein Einlass und eine Zuführleitung sowie mehr als nur ein Auslass und ein Abführleitung vorgesehen sein. Über den Einlass 42 kann das Arbeitsmedium in die jeweilige Expansionskammer 34, 36 eingekoppelt werden. Über den Auslass 44 können Verbrennungsprodukte und unverbranntes Arbeitsmedium aus der jeweiligen Expansionskammer 34, 36 abgeführt werden.This is on the front of each expansion chamber 34 , 36 an inlet 42 and an outlet 44 arranged to which a feed line 43 or a discharge line 45 are connected. More than just one inlet and one feed line and more than just one outlet and one discharge line can be provided. About the entrance 42 can the working medium in the respective expansion chamber 34 , 36 be coupled. Over the outlet 44 can combustion products and unburned working medium from the respective expansion chamber 34 , 36 be dissipated.

Am jeweiligen Einlass 42 ist ein Ventil 46 angeordnet, das über eine Steuerleitung 47 mit einer Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 48 der Freikolbenvorrichtung 10 in Wirkverbindung steht. Unter Ansteuerung durch die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 48 kann der Einlass 42 gesteuert geöffnet und gesperrt werden. Am jeweiligen Auslass 44 ist ein Ventil 50 angeordnet, das über eine Steuerleitung 51 mit Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 48 in Wirkverbindung steht. Der Auslass 44 lässt sich dadurch gesteuert öffnen und sperren.At the respective entrance 42 is a valve 46 arranged that over a control line 47 with a control and / or regulating device 48 the free piston device 10th is in operative connection. Controlled by the control and / or regulating device 48 can the inlet 42 controlled opening and locking. At the respective outlet 44 is a valve 50 arranged that over a control line 51 with control and / or regulating device 48 is in operative connection. The outlet 44 can be opened and locked in a controlled manner.

Weiter ist an jeder Expansionskammer 34, 36, beispielsweise stirnseitig, eine Zündeinrichtung 52 angeordnet. Die Zündeinrichtung 52 ist über eine Steuerleitung 53 mit der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 48 in Wirkverbindung. Durch entsprechende Ansteuerung von der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 48 kann die jeweilige Zündeinrichtung 52 das Arbeitsmedium im jeweiligen Expansionsraum 38, 40 zünden, woraufhin dieses verbrennt und die Arbeitskolben 20, 22 antreibt. Dabei kann der jeweilige Arbeitskolben 20, 22 von einem oberen Totpunkt OT zu einem unteren Totpunkt UT bewegt werden.Next is at each expansion chamber 34 , 36 , for example on the front side, an ignition device 52 arranged. The ignition device 52 is via a control line 53 with the control and / or regulating device 48 in operative connection. By appropriate control of the control and / or regulating device 48 can the respective ignition device 52 the working medium in the respective expansion room 38 , 40 ignite, whereupon this burns and the pistons 20 , 22 drives. The respective working piston can 20 , 22 be moved from an upper dead center OT to a lower dead center UT.

Bei der Freikolbenvorrichtung 10 ist es möglich, dass die Steuerungs- und/ oder Regelungseinrichtung 48 die Ventile 46, 50 und die Zündeinrichtung 52 der Expansionskammern 34, 36 unabhängig voneinander ansteuert. Dies erlaubt es einen jeweiligen Arbeitstakt der Arbeitskolben 20, 22 getrennt voneinander einzustellen. Insbesondere ist es möglich, die Arbeitszyklen der Arbeitskolben 20, 22 so zu steuern, dass diese jeweils vier Arbeitstakte ausführen, die Freikolbenvorrichtung 10 also im Viertaktverfahren betrieben wird, wobei jeder Arbeitskolben 20, 22 ihm zugeordnete Viertaktzyklen ausführt. Darauf wird nachfolgend noch eingegangen.With the free piston device 10th it is possible that the control and / or regulating device 48 the valves 46 , 50 and the ignition device 52 the expansion chambers 34 , 36 controlled independently. This allows a working cycle of the working pistons 20 , 22 set separately. In particular, it is possible to determine the working cycles of the working pistons 20 , 22 To control so that they each perform four work cycles, the free piston device 10th So is operated in the four-stroke process, with each working piston 20 , 22 executes four-stroke cycles assigned to it. This will be discussed below.

Der Freikolbenmotor 12 umfasst eine Rückfedereinrichtung 54, die vorliegend als Gasfedereinrichtung ausgestaltet ist. Die Rückfedereinrichtung 54 weist eine von der Kolbenaufnahme 14 gebildete Rückfederkammer 56 auf, in der ein Rückfederraum 58 gebildet ist. Der Rückfederkolben 30 begrenzt mit einer Seite den Rückfederraum 58. Der Rückfederraum 58 weist ein variables Volumen auf, und in ihm ist ein komprimierbares Gas aufgenommen.The free piston engine 12th includes a spring-back device 54 , which in the present case is designed as a gas spring device. The spring back device 54 has one from the piston seat 14 formed spring back chamber 56 on, in the spring back space 58 is formed. The spring-loaded piston 30th limits the spring-back space with one side 58 . Of the Spring-back space 58 has a variable volume and contains a compressible gas.

An der Rückfederkammer 56 ist ein Ein- und/oder Auslass 64 angeordnet. Durch den Ein- und/oder Auslass 64 kann Gas in den Rückfederraum 58 eingekoppelt oder aus diesem abgelassen werden. Am Ein- und/oder Auslass 64 ist ein Ventil 66 angeordnet, das über eine Steuerleitung 68 mit der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 48 wirkverbunden ist. Das Ventil 66 kann angesteuert werden, um den Ein- und/oder Auslass 64 zu öffnen beziehungsweise zu sperren.At the spring back chamber 56 is an inlet and / or outlet 64 arranged. Through the inlet and / or outlet 64 can gas in the spring back space 58 be coupled in or out of this. At the inlet and / or outlet 64 is a valve 66 arranged that over a control line 68 with the control and / or regulating device 48 is connected. The valve 66 can be controlled to the inlet and / or outlet 64 to open or lock.

Die Rückfedereinrichtung 54 kann doppeltwirkend sein. Beispielsweise kann sie ergänzend zum Gas ein mechanisches elastisches Element umfassen, beispielsweise in Gestalt einer Feder, die am Rückfederkolben 30 an dessen dem Rückfederraum 58 abgewandten Seite und an der Rückfederkammer 56 angreift. Es kann von der Rückfederkammer 56 auch ein Kompressionsraum enthaltend ein kompressibles Gas gebildet sein. Der Kompressionsraum kann an der dem Rückfederraum 58 abgewandten Seite des Rückfederkolbens 30 angeordnet sein und von diesem begrenzt sein.The spring back device 54 can be double acting. For example, in addition to the gas, it can comprise a mechanical elastic element, for example in the form of a spring, on the spring-loaded piston 30th at whose the springback space 58 opposite side and at the spring-back chamber 56 attacks. It can from the spring back chamber 56 a compression space containing a compressible gas can also be formed. The compression space can on the spring back space 58 opposite side of the spring-loaded piston 30th be arranged and limited by this.

Die Funktionsweise der Rückfedereinrichtung 54 ist im Einzelnen in der DE 10 2011 000620 A1 derselben Anmelderin beschrieben, auf die insoweit verwiesen wird. Vorliegend ist lediglich von Bedeutung, dass durch Kompression des Gases im Rückfederraum 58 eine Rückfederkraft auf den Rückfederkolben 30, die Kolbenstange 32, das Kopplungselement 28 und über die Kolbenstangen 24, 26 auf die Arbeitskolben 20 beziehungsweise 22 ausgeübt werden kann. Führt einer der Arbeitskolben 20, 22 den Arbeitstakt aus, wird die Kolbeneinrichtung 16 zum Komprimieren des Gases in Rückfederraum 58 axial bewegt. Die bei der Expansion des Gases im Rückfederraum 58 auftretende Rückfederkraft bewegt die Kolbeneinrichtung 16 axial in die entgegengesetzte Richtung.The functioning of the spring-back device 54 is in detail in the DE 10 2011 000620 A1 described by the same applicant, to which reference is made in this regard. In the present case it is only important that compression of the gas in the spring-back space 58 a spring force on the spring piston 30th , the piston rod 32 , the coupling element 28 and over the piston rods 24th , 26 on the working pistons 20 respectively 22 can be exercised. Runs one of the working pistons 20 , 22 the work cycle, the piston device 16 to compress the gas in the spring-back space 58 moved axially. The expansion of the gas in the spring-back space 58 The spring force that occurs moves the piston device 16 axially in the opposite direction.

Der Freikolbenmotor 12 umfasst ferner eine Energiekopplungseinrichtung 70, die vorliegend als elektrisch wirksame Energiekopplungseinrichtung ausgestaltet ist. Sie umfasst einen elektrischen Lineartrieb 72. Der Lineartrieb 72 umfasst eine Magnetanordnung 74, die an der Kolbenstange 32 festgelegt und mit dieser beweglich ist. Die Magnetanordnung 74 weist alternierend gepolte Magnete auf.The free piston engine 12th further comprises an energy coupling device 70 , which in the present case is designed as an electrically effective energy coupling device. It includes an electric linear drive 72 . The linear drive 72 comprises a magnet arrangement 74 that on the piston rod 32 fixed and movable with this. The magnet arrangement 74 has alternately polarized magnets.

Der Lineartrieb 72 umfasst ferner eine Spulenanordnung 76, die gerätefest ausgebildet ist. Beispielsweise ist die Spulenanordnung 76 an der Kolbenaufnahme 14 oder einem in der Zeichnung nicht gezeigten Gehäuse der Freikolbenvorrichtung 10 festgelegt. Die Spulenanordnung 76 umfasst Spulen, die die Magnetanordnung 74 ringförmig umgeben.The linear drive 72 further comprises a coil arrangement 76 , which is designed to be device-specific. For example, the coil arrangement 76 on the piston seat 14 or a housing of the free-piston device, not shown in the drawing 10th fixed. The coil arrangement 76 includes coils that make up the magnet assembly 74 surrounded in a ring.

Der Lineartrieb 72 ist über eine Leitung 78 elektrisch mit der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 48 gekoppelt. Dies erlaubt es zum Einen, den Lineartrieb 72 von der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 48 anzusteuern, um den Arbeitspunkt des Freikolbenmotors 12 (auch in dessen Betrieb) in an sich bekannter Weise einzustellen. Dabei kann dem Lineartrieb 72 elektrische Energie zugeführt werden, die in mechanische kinetische Energie der Kolbeneinrichtung 16 gewandelt werden kann.The linear drive 72 is over a line 78 electrically with the control and / or regulating device 48 coupled. On the one hand, this allows the linear drive 72 from the control and / or regulating device 48 to control the operating point of the free-piston engine 12th (also in its operation) in a manner known per se. The linear drive can 72 electrical energy are supplied, which in mechanical kinetic energy of the piston device 16 can be changed.

Umgekehrt kann mechanische kinetische Energie der Kolbeneinrichtung durch den Lineartrieb 72 in elektrische Energie gewandelt werden. Diese elektrische Energie kann in einem in der Zeichnung nicht gezeigten Energiespeicher gespeichert werden oder einem elektrischen Verbraucher zugeführt werden.Conversely, mechanical kinetic energy of the piston device through the linear drive 72 be converted into electrical energy. This electrical energy can be stored in an energy store (not shown in the drawing) or supplied to an electrical consumer.

Wie bereits erwähnt, können die Arbeitskolben 20 und 22 bei der Freikolbenvorrichtung 10 unter Ansteuerung der Ventile 46, 50 und der Zündeinrichtungen 52 jeweils im Viertaktbetrieb betrieben werden. Die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 48 kann die Arbeitstakte insbesondere so steuern, dass die Arbeitstakte um zwei Arbeitstakte des Viertaktbetriebes zeitversetzt sind. Dadurch können sich die Arbeitstakte der Arbeitskolben 20, 22 um zwei Arbeitstakte unterscheiden.As already mentioned, the working pistons can 20 and 22 with the free piston device 10th under control of the valves 46 , 50 and the ignition devices 52 are each operated in four-stroke mode. The control and / or regulating device 48 can control the work cycles in such a way that the work cycles are offset by two work cycles of the four-stroke mode. This allows the work cycles of the working pistons to change 20 , 22 distinguish by two work cycles.

Während der Arbeitskolben 20 einen Ansaugtakt ausführt, kann der Arbeitskolben 22 einen Verbrennungstakt ausführen (1) und umgekehrt. Während der Arbeitskolben 20 einen Verdichtungstakt ausführt, kann der Arbeitskolben 22 einen Ausstoßtakt ausführen (nicht gezeigt) und umgekehrt. Da die Arbeitskolben 20, 22 ferner starr und unbeweglich miteinander über das Kopplungselement 28 mechanisch gekoppelt sind, kann eine Bewegung eines Arbeitskolbens 20, 22 eine Bewegung des jeweils anderen Arbeitskolbens bewirken. Die Arbeitskolben bewegen sich insbesondere synchron.During the working piston 20 the working piston can perform an intake stroke 22 perform a combustion stroke ( 1 ) and vice versa. During the working piston 20 the working piston can perform a compression stroke 22 perform an ejection stroke (not shown) and vice versa. Because the working pistons 20 , 22 also rigid and immovable with one another via the coupling element 28 mechanically coupled, movement of a working piston 20 , 22 cause the other piston to move. The working pistons move synchronously in particular.

Dies erlaubt es, mit der Freikolbenvorrichtung 10 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Beispielsweise steuert die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 48 zunächst einen Verbrennungstakt des Arbeitskolbens 22 (gezeigt in 1, wobei der Arbeitskolben 22 sich bereits bis zum unteren Totpunkt UT bewegt hat). Durch die Verbrennung wird der Arbeitskolben 22 und damit die Kolbeneinrichtung 16 unter Kompression des Gases im Rückfederraum 58 bewegt. Aufgrund der starren mechanischen Kopplung führt dies dazu, dass auch der Arbeitskolben 20 bewegt wird. Die Bewegung beider Arbeitskolben 20, 22 erfolgt synchron, mit gleichem Hub und parallel zueinander. Durch Ansteuerung der Ventile 46, 50 und der Zündeinrichtung 52 wird dessen erster Arbeitstakt (Ansaugen von Arbeitsmedium) gesteuert. Bei der Expansion des Gases im Rückfederraum 58 wird die Kolbeneinrichtung 16 unter der Wirkung der Rückfederkraft in entgegengesetzter Richtung bewegt, wobei der Arbeitskolben 20 einen Verdichtungstakt und der Arbeitskolben 22 einen Ausstoßtakt ausführt. In entsprechender Weise werden die Ventile 46, 50 angesteuert.This allows using the free piston device 10th to carry out a preferred embodiment of a method according to the invention. For example, the control and / or regulating device controls 48 first a combustion cycle of the working piston 22 (shown in 1 , with the working piston 22 has already moved to bottom dead center UT). The combustion will become the working piston 22 and thus the piston device 16 with compression of the gas in the spring-back space 58 emotional. Due to the rigid mechanical coupling, this also leads to the working piston 20 is moved. The movement of both working pistons 20 , 22 takes place synchronously, with the same stroke and parallel to each other. By controlling the valves 46 , 50 and the ignition device 52 the first work cycle (suction of working medium) is controlled. When the gas expands in Spring-back space 58 becomes the piston device 16 under the action of the spring force moved in the opposite direction, the working piston 20 a compression stroke and the working piston 22 executes an exhaust stroke. In a corresponding manner, the valves 46 , 50 controlled.

Nachfolgend wird das Arbeitsmedium im Expansionsraum 38 unter Ansteuerung der Zündeinrichtung 52 gezündet, und der Arbeitskolben 20 führt einen Arbeitstakt aus, der Arbeitskolben 22 einen Ansaugtakt, wobei die Kolbeneinrichtung 16 erneut unter Kompression des Gases im Rückfederraum 58 bewegt wird. Auch hier werden die Ventile 46, 50 und die Zündeinrichtung 52 entsprechend angesteuert.Below is the working medium in the expansion room 38 under control of the ignition device 52 ignited, and the working piston 20 executes a work cycle, the working piston 22 an intake stroke, the piston device 16 again with compression of the gas in the spring-back space 58 is moved. Here too the valves 46 , 50 and the ignition device 52 controlled accordingly.

Nachfolgend kann durch Expansion des Gases im Rückfederraum 58 vom Arbeitskolben 20 ein Ausstoßtakt und vom Arbeitskolben 22 ein Verdichtungstakt ausgeführt werden, wobei die Ventile 56, 50 entsprechend angesteuert werden.This can be done by expanding the gas in the spring-back space 58 from the working piston 20 an exhaust stroke and from the piston 22 a compression stroke are performed, with the valves 56 , 50 can be controlled accordingly.

Vorstehende Erläuterungen zeigen, dass mit der Freikolbenvorrichtung 10 insgesamt ein Viertaktprozess ausgeführt werden kann, ohne dass hierzu elektrische Energie vom Lineartrieb 72 zwischengespeichert werden muss. In jedem der vier Arbeitstakte kann eine Bewegung der Kolbeneinrichtung 16 sichergestellt werden, zum Einen unter Expansion des Arbeitsmediums in einem der Expansionsräume 38, 40 und in Folge der mechanischen Kopplung der Arbeitskolben 20 und 22. Zum Anderen erfolgt die Bewegung der Kolbeneinrichtung unter der Wirkung der Expansion im Rückfederraum 58.The above explanations show that with the free piston device 10th Overall, a four-stroke process can be carried out without electrical energy from the linear drive 72 must be cached. A movement of the piston device can take place in each of the four work cycles 16 be ensured, on the one hand, by expanding the working medium in one of the expansion rooms 38 , 40 and as a result of the mechanical coupling of the working pistons 20 and 22 . On the other hand, the movement of the piston device takes place under the effect of the expansion in the spring-back space 58 .

Mit der erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung ist ein höherer Wirkungsgrad als bei herkömmlichen im Viertaktmodus betriebenen Vorrichtungen erzielbar, bei der der Lineartrieb 72 nicht dazu eingesetzt zu werden braucht, zwischenzeitlich mechanische Energie auszukoppeln, zwischenzuspeichern und erneut einzukoppeln. Zugleich kann eine konstruktiv einfache Ausgestaltung und kompakte Bauform der Freikolbenvorrichtung 10 erzielt werden.With the free-piston device according to the invention, a higher degree of efficiency can be achieved than with conventional devices operated in four-stroke mode, in which the linear drive 72 does not need to be used to decouple, temporarily store and then re-couple mechanical energy. At the same time, a structurally simple design and compact design of the free-piston device can be used 10th be achieved.

2 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer mit dem Bezugszeichen 80 belegten erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung. Die Freikolbenvorrichtung 80 umfasst zwei identisch ausgebildete Freikolbenmotoren 12, deren jeweilige Konstruktion mit der des Freikolbenmotors 12 der Freikolbenvorrichtung 10 übereinstimmt. In Bezug auf diese Konstruktion oder die damit erzielbaren Vorteile wird auf voranstehende Erläuterungen verwiesen. Außerdem weist die Freikolbenvorrichtung 80 die Steuerungs- und Regelungseinrichtung 48 auf. Diese ist mit den Ventilen 46, 50 und/oder den Zündeinrichtungen 52, den Lineartrieben 72 und/oder den Ventilen 66 in Wirkverbindung. Dies ist in 2 nicht gezeigt. 2nd shows a schematic representation of a second preferred embodiment of one with the reference numeral 80 occupied free piston device according to the invention. The free piston device 80 comprises two identically designed free piston engines 12th , their respective construction with that of the free-piston engine 12th the free piston device 10th matches. With regard to this construction or the advantages that can be achieved with it, reference is made to the above explanations. In addition, the free piston device 80 the control device 48 on. This is with the valves 46 , 50 and / or the ignition devices 52 , the linear drives 72 and / or the valves 66 in operative connection. This is in 2nd Not shown.

Die Freikolbenmotoren 12 sind axial voneinander beabstandet und koaxial zueinander ausgerichtet und so relativ zueinander angeordnet, dass sie symmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene 82 sind. Die Symmetrieebene 82 ist senkrecht zur Achse 18 ausgerichtet.The free piston engines 12th are axially spaced from one another and coaxially aligned with one another and arranged relative to one another such that they are symmetrical with respect to a plane of symmetry 82 are. The plane of symmetry 82 is perpendicular to the axis 18th aligned.

Bei der Freikolbenvorrichtung 80 können die jeweiligen Kolbeneinrichtungen 16 insbesondere gegengleich längs der Achse 18 bewegt werden, wobei jeder Freikolbenmotor 12 im Viertaktprozess betrieben wird. Jeder der Arbeitskolben 20, 22 beider Freikolbenmotoren 12 wird dabei wie vorstehend erläutert ebenfalls im Viertaktprozess betrieben. Die gegengleiche Bewegung der Kolbeneinrichtungen 16 kann insbesondere dadurch erzielt werden, dass die Steuerungs- und Regelungseinrichtung 48 die Ventile 46, 50, die Zündeinrichtungen 52 und die Lineartriebe 72 beider Freikolbenmotoren 12 so ansteuert, dass die Arbeitstake der Arbeitskolben 20, 22 phasengleich ablaufen. Dadurch lässt sich erzielen, dass zur gleichen Zeit die Arbeitskolben 20, 22 eines Freikolbenmotors 12 einen Arbeitstakt und einen Ansaugtakt ausführen wie die Arbeitskolben 20, 22 des jeweils anderen Freikolbenmotors 12. In entsprechender Weise werden gleichzeitig bei einem Freikolbenmotor 12 ein Verdichtungstakt und ein Ausstoßtakt ausgeführt wie beim jeweils anderen Freikolbenmotor 12.With the free piston device 80 can the respective piston devices 16 especially opposite along the axis 18th be moved, each free piston engine 12th is operated in a four-stroke process. Each of the working pistons 20 , 22 both free piston engines 12th is also operated in the four-stroke process as explained above. The opposite movement of the piston devices 16 can be achieved in particular in that the control and regulation device 48 the valves 46 , 50 , the ignition devices 52 and the linear drives 72 both free piston engines 12th so that the workstake of the working piston 20 , 22 run in phase. This allows the working pistons to be achieved at the same time 20 , 22 of a free piston engine 12th perform a working stroke and an intake stroke like the working pistons 20 , 22 of the other free piston engine 12th . In a corresponding manner, the same applies to a free-piston engine 12th a compression stroke and an exhaust stroke are carried out in the same way as for the other free piston engine 12th .

Durch die gegengleiche Bewegung der Kolbeneinrichtungen 16 kann ein Ausgleich der bewegten Massen der Freikolbenvorrichtung 80 erzielt werden. Die Beanspruchbarkeit der bewegten Komponenten kann dadurch herabgesetzt werden. Außerdem kann ein ruhigerer und gleichmäßigerer Betrieb der Freiko-Ibenvorrichtung 80 erzielt werden.Due to the opposite movement of the piston devices 16 can balance the moving masses of the free piston device 80 be achieved. The durability of the moving components can be reduced. In addition, the Freiko-Iben device can operate more smoothly and evenly 80 be achieved.

3 zeigt in schematischer Darstellung eine mit dem Bezugszeichen 90 belegte nicht beanspruchte bevorzugte Ausführungsform einer Freikolbenvorrichtung. Für gleiche und gleichwirkende Merkmale und Bauteile der Freikolbenvorrichtung 10 und 90 werden identische Bezugszeichen benutzt. Die mit der Freikolbenvorrichtung 10 erzielbaren Vorteile können bei der Freikolbenvorrichtung 90 ebenfalls erzielt werden. 3rd shows a schematic representation of one with the reference numeral 90 occupied preferred embodiment of a free-piston device. For the same and equivalent features and components of the free piston device 10th and 90 identical reference numerals are used. The one with the free piston device 10th Achievable advantages can be with the free piston device 90 can also be achieved.

In 3 (und auch in 4) nicht dargestellt sind elektrische Leitungen, die die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 48 mit den elektrisch wirksamen Bauteilen der Freikolbenvorrichtung 90 verbindet.In 3rd (and also in 4th ) are not shown electrical lines that the control and / or regulating device 48 with the electrically active components of the free piston device 90 connects.

Bei der Freikolbenvorrichtung 90 sind die Expansionskammern 34 und 36 nicht nebeneinander angeordnet, sondern koaxial zueinander ausgerichtet und aneinander gegenüberliegenden Endseiten der Freikolbenvorrichtung 90 positioniert. Die Kolbeneinrichtung 16 weist einen ersten Abschnitt 92 auf, der den Arbeitskolben 20 und die Kolbenstange 24 umfasst sowie einen zweiten Abschnitt 94, der den Arbeitskolben 22 und die Kolbenstange 26 umfasst. Die Kolbenstangen 24 und 26 sind koaxial zueinander ausgerichtet, und die Abschnitte 92 und 94 sind axial voneinander beabstandet.With the free piston device 90 are the expansion chambers 34 and 36 not arranged next to one another, but aligned coaxially to one another and on opposite end sides of the free-piston device 90 positioned. The piston device 16 has a first section 92 on the the working piston 20 and the piston rod 24th includes as well as a second section 94 that the piston 22 and the piston rod 26 includes. The piston rods 24th and 26 are aligned coaxially with each other, and the sections 92 and 94 are axially spaced apart.

Anstelle des Rückfederkolbens 30 kommen bei der Freikolbenvorrichtung 90 zwei Rückfederkolben 96 und 98 der Kolbeneinrichtung 16 zum Einsatz. Die Rückfederkolben 96, 98 sind an den Kolbenstangen 24, 26 den Arbeitskolben 20 beziehungsweise 22 gegenüberliegend festgelegt.Instead of the spring-loaded piston 30th come at the free piston device 90 two spring-loaded pistons 96 and 98 the piston device 16 for use. The spring-loaded pistons 96 , 98 are on the piston rods 24th , 26 the working piston 20 respectively 22 set opposite.

Die Rückfedereinrichtung 54 umfasst zwei Rückfedereinheiten 100 und 102, jeweils ausgestaltet als Gasfedereinheiten und von Aufbau und Funktion her identisch zur Rückfedereinrichtung 54 bei der Freikolbenvorrichtung 10. Diesbezüglich wird auf voranstehende Erläuterungen verwiesen. Jedem Arbeitskolben 20, 22 ist bei der Freikolbenvorrichtung 90 daher eine eigene Rückfedereinheit 100, 102 zugeordnet, über die eine Rückfederkraft auf den jeweiligen Arbeitskolben 20, 22 ausgeübt werden kann.The spring back device 54 includes two spring-back units 100 and 102 , each designed as gas spring units and identical in structure and function to the spring-back device 54 with the free piston device 10th . In this regard, reference is made to the above explanations. Every working piston 20 , 22 is with the free piston device 90 therefore its own spring-back unit 100 , 102 assigned, via which a spring force on the respective working piston 20 , 22 can be exercised.

Die Energiekopplungseinrichtung 70 bei der Freikolbenvorrichtung 90 ist ebenfalls zweigeteilt und umfasst eine erste Energiekopplungseinheit 104 und eine zweite Energiekopplungseinheit 106. Jede Energiekopplungseinheit 104, 106 umfasst einen elektrischen Lineartrieb 72, ausgestaltet wie der Lineartrieb 72 der Freikolbenvorrichtung 10. Dabei ist an den Kolbenstangen 24 und 26 jeweils die Magnetanordnung 74 festgelegt und gerätefest die der Magnetanordnung 74 zugeordnete Spulenanordnung 76.The energy coupling device 70 with the free piston device 90 is also divided into two and includes a first energy coupling unit 104 and a second energy coupling unit 106 . Each energy coupling unit 104 , 106 includes an electric linear drive 72 , designed like the linear drive 72 the free piston device 10th . It is on the piston rods 24th and 26 each the magnet arrangement 74 fixed and device-fixed that of the magnet arrangement 74 assigned coil arrangement 76 .

Das Vorsehen von zwei Energiekopplungseinheiten 104 und 106 erlaubt es, auf den ersten Abschnitt 92 und dem zweiten Abschnitt 94 unabhängig voneinander einzuwirken, um mechanische Energie in Form elektrischer Energie auszukoppeln oder um Energie über den Lineartrieb 72 einzukoppeln. Jede Energiekopplungseinheit 104, 106 funktioniert wie der Lineartrieb 72 bei der Freikolbenvorrichtung 10, so dass diesbezüglich voranstehende Erläuterungen verwiesen werden kann.The provision of two energy coupling units 104 and 106 allows to the first section 92 and the second section 94 to act independently of one another in order to couple mechanical energy in the form of electrical energy or to generate energy via the linear drive 72 to couple. Each energy coupling unit 104 , 106 works like the linear drive 72 with the free piston device 10th , so that the above explanations can be referenced.

Bei der Freikolbenvorrichtung 90 sind die Arbeitskolben 20, 22 ebenfalls mechanisch miteinander gekoppelt. Jedoch sind sie beweglich miteinander gekoppelt und relativ zueinander beweglich. Zu diesem Zweck umfasst die Kolbeneinrichtung 16 einen Abstandsänderungsmechanismus 107. Dieser umfasst Halteelemente 108 und 110 und ein sie verbindendendes Gelenkelement 112. Die Halteelemente 108 und 110 sind beispielsweise quer zur Achse 18 ausgerichtet und fest mit den Kolbenstangen 24 beziehungsweise 26 verbunden. Die Verbindung zwischen den Halteelementen 108, 110 und den Kolbenstangen 24, 26 ist starr. Die Halteelemente 108, 110 weisen von den Kolbenstangen 24 und 26 weg aufeinander gegenüberliegende Seiten bezüglich der Achse 18.With the free piston device 90 are the working pistons 20 , 22 also mechanically coupled. However, they are movably coupled to one another and movable relative to one another. For this purpose, the piston device comprises 16 a distance change mechanism 107 . This includes holding elements 108 and 110 and a joint element connecting them 112 . The holding elements 108 and 110 are, for example, transverse to the axis 18th aligned and fixed with the piston rods 24th respectively 26 connected. The connection between the holding elements 108 , 110 and the piston rods 24th , 26 is rigid. The holding elements 108 , 110 point from the piston rods 24th and 26 away opposite sides with respect to the axis 18th .

Das Gelenkelement 112 ist bevorzugt jeweils endseitig an den Halteelementen 108, 110 über Gelenke drehbar festgelegt. Die Drehung kann um von den Gelenken definierte Drehachsen 114 am Halteelement 108 und 116 am Halteelement 110 erfolgen. Außerdem ist das Gelenkelement 112 drehbar an einem Gehäuse der Freikolbenvorrichtung 90 festgelegt, und zwar um eine Drehachse 118. Die Drehachsen 114, 116 und 118 sind quer zur Achse 18 ausgerichtet, wobei die Drehachse 118 die Achse 18 schneidet. Das Gelenkelement 112 schneidet eine von den Achsen 18 und 118 aufgespannte Ebene und erstreckt sich von einer Seite der Ebene zur gegenüberliegenden Seite der Ebene.The joint element 112 is preferably in each case on the end of the holding elements 108 , 110 fixed rotatably via joints. The rotation can be about axes of rotation defined by the joints 114 on the holding element 108 and 116 on the holding element 110 respectively. In addition, the joint element 112 rotatable on a housing of the free piston device 90 fixed, namely about an axis of rotation 118 . The axes of rotation 114 , 116 and 118 are perpendicular to the axis 18th aligned with the axis of rotation 118 the axis 18th cuts. The joint element 112 cuts one of the axes 18th and 118 spanned plane and extends from one side of the plane to the opposite side of the plane.

Bei der Freikolbenvorrichtung 90 werden die Ventile 46, 50 und die Zündeinrichtungen 52 in entsprechender Weise wie bei der Freikolbenvorrichtung 10 so angesteuert, dass die Arbeitskolben 20, 22 jeweils einen Viertaktzyklus ausführen und damit die Freikolbenvorrichtung 90 ebenfalls einen Viertaktzyklus ausführt. Die Arbeitskolben 20, 22 sind beweglich miteinander mechanisch gekoppelt. Bei einer Bewegung des ersten Abschnitts 92 in axialer Richtung verschwenkt das Gelenkelement 112 relativ zum Halteelement 108 um die Drehachse 114 und relativ zum Gehäuse um die Drehachse 118. Dies führt dazu, dass das Gelenkelement 110 auch relativ zum Halteelement 110 um die Drehachse 116 verschwenkt und zugleich der zweite Abschnitt 94 in Gegenrichtung des ersten Abschnitts 92 axial bewegt wird. Nehmen die Arbeitskolben 20, 22 den jeweiligen unteren Totpunkt ein, ist der Abstand der Abschnitte 92, 94 voneinander minimal. Im jeweiligen Rückfederraum 58 ist das Gas komprimiert. Unter Expansion des Gases können die Abschnitte 92, 94 axial in voneinander wegweisende Richtung bewegt werden. Nehmen die Arbeitskolben 20, 22 den jeweiligen oberen Totpunkt ein, ist der Abstand der Abschnitte 92, 94 voneinander maximal und das Gas im jeweiligen Rückfederraum 58 ist expandiert.With the free piston device 90 become the valves 46 , 50 and the ignition devices 52 in the same way as for the free-piston device 10th controlled so that the working pistons 20 , 22 Execute a four-stroke cycle each and thus the free piston device 90 also executes a four-stroke cycle. The working pistons 20 , 22 are movably coupled mechanically. When moving the first section 92 the joint element pivots in the axial direction 112 relative to the holding element 108 around the axis of rotation 114 and relative to the housing about the axis of rotation 118 . This leads to the joint element 110 also relative to the holding element 110 around the axis of rotation 116 pivoted and at the same time the second section 94 in the opposite direction of the first section 92 is moved axially. Take the working pistons 20 , 22 the respective bottom dead center is the distance between the sections 92 , 94 minimal from each other. In the respective spring-back space 58 the gas is compressed. Under expansion of the gas, the sections 92 , 94 be moved axially in a direction pointing away from each other. Take the working pistons 20 , 22 the respective top dead center is the distance between the sections 92 , 94 from each other and the gas in the respective spring-back space 58 has expanded.

Durch die gegengleiche antiparallele Bewegung der Abschnitte 92 und 94 bei der Freikolbenvorrichtung 90 kann ein Ausgleich der bewegten Massen erzielt werden. Wie bei der Freikolbenvorrichtung 80 kann dadurch die mechanische Beanspruchbarkeit der bewegten Komponenten herabgesetzt werden, und es wird ein ruhigerer und gleichmäßigerer Betrieb der Freikolbenvorrichtung 90 erzielt.Due to the opposite antiparallel movement of the sections 92 and 94 with the free piston device 90 a balance of the moving masses can be achieved. As with the free piston device 80 The mechanical strength of the moving components can thereby be reduced, and the free-piston device can be operated more quietly and evenly 90 achieved.

Zu einer weiteren Stabilisierung der Kolbeneinrichtung 16 und zu einem weiteren Massenausgleich können Halteelemente 108', 110' und ein weiteres Gelenkelement 112' die Abschnitte 92 und 94 miteinander verbinden (in 3 durch strichpunktierte Linien gezeigt), die symmetrisch zu den Halteelementen 108, 110 und zum Gelenkelement 112 sind.For further stabilization of the piston device 16 and for a further mass balance holding elements 108 ' , 110 ' and another joint element 112 ' the sections 92 and 94 connect with each other (in 3rd by dash-dotted lines shown), which are symmetrical to the holding elements 108 , 110 and to the joint element 112 are.

4 zeigt in schematischer Darstellung eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung, die mit dem Bezugszeichen 120 belegt ist. Gleiche und gleichwirkende Merkmale und Bauteile der Freikolbenvorrichtungen 10 und 120 beziehungsweise 90 und 120 sind mit identischen Bezugszeichen belegt. Die mit den Freikolbenvorrichtungen 10 und 90 erzielbaren Vorteile können mit der Freikolbenvorrichtung 120 ebenfalls erzielt werden. 4th shows a schematic representation of a third preferred embodiment of a free piston device according to the invention, with the reference numerals 120 is occupied. Same and equivalent features and components of the free piston devices 10th and 120 respectively 90 and 120 are given identical reference symbols. The one with the free piston devices 10th and 90 Achievable advantages can be achieved with the free piston device 120 can also be achieved.

Der Aufbau der Freikolbenvorrichtungen 120 und 90 ist abgesehen von der beweglichen Kopplung der Abschnitte 92 und 94 miteinander gleich, so dass nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen wird und im Übrigen auf vorstehende Erläuterungen verwiesen wird.The structure of the free piston devices 120 and 90 is apart from the movable coupling of the sections 92 and 94 equal to each other, so that only the differences are dealt with below and reference is also made to the above explanations.

Bei der Freikolbenvorrichtung 120 sind die Abschnitte 92 und 94 ebenfalls beweglich miteinander gekoppelt und zwar über einen Abstandsänderungsmechanismus 121. Dieser umfasst ein erstes Paar von Gelenkelementen 122, 124 und ein zweites Paar von Gelenkelementen 126, 128. Die Gelenkelemente 122 und 124 sind an den Kolbenstangen 24 beziehungsweise 26 drehbar festgelegt um Drehachsen 130 beziehungsweise 132. Aneinander sind die Gelenkelemente 122 und 124 um eine Drehachse 134 drehbar gehalten. Die Gelenkelemente 126 und 128 sind an den Kolbenstangen 24 beziehungsweise 26 ebenfalls um die Drehachsen 130 beziehungsweise 132 drehbar festgelegt. Aneinander sind die Gelenkelemente 126 und 128 um eine Drehachse 136 drehbar gehalten. Alle Drehachsen 130 bis 136 sind parallel zueinander und senkrecht zur Achse 18 ausgerichtet, wobei die Drehachsen 130 und 132 die Achse 18 schneiden.With the free piston device 120 are the sections 92 and 94 also movably coupled with one another via a distance change mechanism 121 . This comprises a first pair of joint elements 122 , 124 and a second pair of hinge elements 126 , 128 . The joint elements 122 and 124 are on the piston rods 24th respectively 26 rotatable about axes of rotation 130 respectively 132 . The joint elements are against each other 122 and 124 about an axis of rotation 134 held rotatable. The joint elements 126 and 128 are on the piston rods 24th respectively 26 also around the axes of rotation 130 respectively 132 rotatably fixed. The joint elements are against each other 126 and 128 about an axis of rotation 136 held rotatable. All axes of rotation 130 to 136 are parallel to each other and perpendicular to the axis 18th aligned, with the axes of rotation 130 and 132 the axis 18th to cut.

Die Gelenkelemente 122 und 124 einerseits sind symmetrisch bezüglich der Achse 18 zu den Gelenkelementen 126 und 128 andererseits.The joint elements 122 and 124 on the one hand are symmetrical with respect to the axis 18th to the joint elements 126 and 128 on the other hand.

Unter der Wirkung der Gelenkelemente 122, 128 sind die Arbeitskolben 20, 22 mechanisch und beweglich relativ zueinander miteinander gekoppelt. Die Abschnitte 92 und 94 können sich axial relativ zueinander und gegengleich bewegen. Bewegt sich der Abschnitt 92, etwa wenn der Arbeitskolben 20 ein Verbrennungstakt ausführt, verschwenken die Gelenkelemente 122, 126 um die Drehachse 130 und relativ zu den Gelenkelementen 124, 128 um die Drehachsen 134, 136. Die Gelenkelemente 124, 128 verschwenken um die Drehachse 132. Dies führt dazu, dass der zweite Abschnitt 94 gegengleich zum ersten Abschnitt 92 bewegt werden kann. Die Gelenkelemente 122 bis 128 bilden gewissermaßen ein Spreizgelenk, das bei Annährung der Abschnitte 92, 94 aneinander gespreizt wird und dessen Spreizung bei wachsendem Abstand der Abschnitte 92, 94 voneinander verringert wird (symbolisiert durch Doppelpfeile 138 in 4).Under the action of the joint elements 122 , 128 are the working pistons 20 , 22 mechanically and movably coupled to each other. The sections 92 and 94 can move axially relative to and opposite one another. The section moves 92 , for example when the working piston 20 executes a combustion cycle, the joint elements pivot 122 , 126 around the axis of rotation 130 and relative to the joint elements 124 , 128 about the axes of rotation 134 , 136 . The joint elements 124 , 128 pivot about the axis of rotation 132 . This leads to the second section 94 opposite to the first section 92 can be moved. The joint elements 122 to 128 form a spreading joint, so to speak, when the sections approach 92 , 94 is spread apart and its spread as the distance between the sections increases 92 , 94 is reduced from each other (symbolized by double arrows 138 in 4th ).

Für die die Drehachsen 134, 136 definierenden Gelenke zwischen den Gelenkelementen 122, 124 bzw. 126, 128 weist der Freikolbenmotor 12 Führungen 140 auf. Längs der Führungen 140 können sich die Gelenke quer zur Achse 18 hin- und herbewegen. Die Führungen 140 sind beispielsweise von einem Gehäuse der Freikolbenvorrichtung 120 gebildet.For those the axes of rotation 134 , 136 defining joints between the joint elements 122 , 124 or. 126 , 128 shows the free piston engine 12th guides 140 on. Along the guides 140 the joints can be perpendicular to the axis 18th to move back and fourth. The guides 140 are, for example, of a housing of the free piston device 120 educated.

Im Übrigen werden die Arbeitstakte der Arbeitskolben 20, 22 auch bei der Freikolbenvorrichtung 120 gemäß einem Viertaktverfahren gesteuert, sodass die Freikolbenvorrichtung 120 ebenfalls einem Viertaktprozess ausführt.Incidentally, the work cycles of the working pistons 20 , 22 also with the free piston device 120 controlled according to a four stroke process so that the free piston device 120 also performs a four-stroke process.

Bei der Freikolbenvorrichtung 120 kann durch die gegengleich bewegbaren Abschnitte 92 und 94 ebenfalls ein Ausgleich bewegter Massen erzielt werden.With the free piston device 120 can by the oppositely movable sections 92 and 94 a balance of moving masses can also be achieved.

5 zeigt schematisch eine weitere, insgesamt mit dem Bezugszeichen 150 belegte vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung. Die Konstruktion der Freikolbenvorrichtung 150 ist ähnlich der Konstruktion der Freikolbenvorrichtung 10 in 1. Nachfolgend wird auf die wesentlichen Unterschiede eingegangen. Gleiche oder gleichwirkende Merkmale und Bauteile sind mit denselben Bezugszeichen belegt. Die mit der Freikolbenvorrichtung 10 erzielbaren Vorteile können mit der Freikolbenvorrichtung 150 ebenfalls erzielt werden. Insbesondere ist es möglich, über die Steuereinrichtung die Arbeitstakte der Arbeitskolben 20, 22 so zu steuern, dass sich deren Arbeitstakte um zwei Arbeitstakte des Viertaktbetriebs voneinander unterscheiden. 5 schematically shows another, overall with the reference numeral 150 proven advantageous embodiment of a free piston device according to the invention. The construction of the free piston device 150 is similar to the construction of the free piston device 10th in 1 . The main differences are discussed below. The same or equivalent features and components are given the same reference numerals. The one with the free piston device 10th Achievable advantages can be achieved with the free piston device 150 can also be achieved. In particular, it is possible to control the work cycles of the working pistons via the control device 20 , 22 to be controlled so that their work cycles differ from each other by two work cycles of four-cycle operation.

Bei der Freikolbenvorrichtung 150 entfällt die gesonderte Rückfederkammer 56 auf der den Arbeitskolben 20, 22 gegenüberliegenden Seite des Freikolbenmotors 12. Jedoch ist auch bei der Freikolbenvorrichtung 150 die Rückfedereinrichtung 54 eine Gasfedereinrichtung, wobei diese vorliegend mindestens einen Rückfederraum aufweist, der von einer der Expansionskammern 34, 36 gebildet ist. Vorliegend sind insbesondere zwei Rückfederräume 152, 154 vorgesehen.With the free piston device 150 there is no separate spring-back chamber 56 on the the working piston 20 , 22 opposite side of the free-piston engine 12th . However, also with the free piston device 150 the spring-back device 54 a gas spring device, which in the present case has at least one spring-back space which is from one of the expansion chambers 34 , 36 is formed. In particular, there are two spring-back spaces 152 , 154 intended.

Der Rückfederraum 152 ist gebildet in der Expansionskammer 34. Die Expansionskammer 34 weist auf einer Stirnseite, die derjenigen Stirnseite gegenüberliegt, an der die Ventile 46, 50 und die Zündeinrichtung 52 angeordnet sind, eine Wand 156 auf. Der Rückfederraum 156 ist zwischen der Wand 156 und dem Arbeitskolben 20 gebildet. In Umfangsrichtung ist der Rückfederraum 152 durch die Außenwand der Expansionskammer 34 begrenzt, welche auch den Expansionsraum 38 begrenzt.The spring back space 152 is formed in the expansion chamber 34 . The expansion chamber 34 points on an end face, which is opposite that end face, on which the valves 46 , 50 and the ignition device 52 are arranged a wall 156 on. The spring back space 156 is between the wall 156 and the working piston 20 educated. In The spring-back space is the circumferential direction 152 through the outer wall of the expansion chamber 34 which also limits the expansion space 38 limited.

In entsprechender Weise bildet die Expansionskammer 36 den Rückfederraum 154 zwischen einer Wand 158 und dem Arbeitskolben 22.The expansion chamber forms in a corresponding manner 36 the spring-back space 154 between a wall 158 and the working piston 22 .

An den Wänden 156, 158 ist jeweils ein Ein- und/oder Auslass 160 angeordnet. In entsprechender Weise wie bei dem Ein- und /oder Auslass 64 kann Gas in den jeweiligen Rückfederraum 152, 154 eingekoppelt oder aus diesem abgelassen werden. Am jeweiligen Ein- und/oder Auslass 160 ist ein Ventil 162 angeordnet, das mit der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung 48 wirkverbunden ist (nicht gezeigt).On the walls 156 , 158 is an inlet and / or outlet 160 arranged. In the same way as for the inlet and / or outlet 64 can gas in the respective spring-back space 152 , 154 be coupled in or out of this. At the respective inlet and / or outlet 160 is a valve 162 arranged with the control and / or regulating device 48 is operatively connected (not shown).

Die Volumenänderung des Expansionsraums 38 und des Rückfederraums 152 erfolgt synchron und invers zueinander. Expandiert das Arbeitsmedium im Expansionsraum 38, oder wird Arbeitsmedium angesaugt, wird das Gas im Rückfederraum 152 komprimiert. Umgekehrt erfolgt bei einer Expansion des Gases im Rückfederraum 152 ein Verdichten des Arbeitsmediums oder ein Ausstoßen der Verbrennungsprodukte.The change in volume of the expansion space 38 and the spring-back space 152 takes place synchronously and inversely to each other. Expands the working medium in the expansion space 38 , or if working medium is sucked in, the gas in the spring-back space 152 compressed. Conversely, when the gas expands in the spring-back space 152 a compression of the working medium or a discharge of the combustion products.

Entsprechendes gilt für den Expansionsraum 40 und den Rückfederraum 154.The same applies to the expansion area 40 and the spring-back space 154 .

Die Freikolbenvorrichtung 150 gemäß 5 weist dementsprechend eine Rückfedereinrichtung auf, die in die Expansionskammern 34, 36 integriert ist. Dadurch kann eine konstruktiv einfache Ausgestaltung und eine kompakte Bauform der Freikolbenvorrichtung 150 erzielt werden. Dies wird insbesondere auch dadurch bedingt, dass die Arbeitskolben 20, 22 mit jeweils einander gegenüberliegenden Kolbenseiten die Expansionsräume 38, 40 beziehungsweise die Rückfederräume 152, 154 begrenzen. Gesonderte Rückfederkolben können dadurch eingespart werden.The free piston device 150 according to 5 accordingly has a spring-back device, which in the expansion chambers 34 , 36 is integrated. This allows a structurally simple design and a compact design of the free piston device 150 be achieved. This is particularly due to the fact that the working pistons 20 , 22 the expansion spaces with piston sides opposite each other 38 , 40 or the spring-back spaces 152 , 154 limit. Separate spring-loaded pistons can thus be saved.

Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung können Konstruktionen gemäß der 2, 3 und 4 vorgesehen sein, wobei ebenfalls integrierte Rückfedereinrichtungen zum Einsatz kommen, wobei deren Rückfederräume von einer jeweiligen Expansionskammer 34, 36 gebildet sind. Gesonderte Rückfederkammern, wie dies bei den Freikolbenvorrichtungen 80, 90 und 120 der Fall ist, können dadurch eingespart werden.In further advantageous embodiments of the free piston device according to the invention, constructions according to the 2nd , 3rd and 4th be provided, with integrated spring-back devices also being used, the spring-back spaces of a respective expansion chamber 34 , 36 are formed. Separate spring back chambers, as is the case with the free piston devices 80 , 90 and 120 the case can be saved.

BezugszeichenlisteReference list

1010th
FreikolbenvorrichtungFree piston device
1212th
FreikolbenmotorFree piston engine
1414
KolbenaufnahmePiston holder
1616
KolbeneinrichtungPiston device
1818th
Achseaxis
2020
erster Arbeitskolbenfirst working piston
2222
zweiter Arbeitskolbensecond working piston
2424th
Kolbentragelement (Kolbenstange)Piston support element (piston rod)
2626
Kolbentragelement (Kolbenstange)Piston support element (piston rod)
2828
KopplungselementCoupling element
3030th
RückfederkolbenSpring-loaded piston
3232
Kolbentragelement (Kolbenstange)Piston support element (piston rod)
3434
ExpansionskammerExpansion chamber
3636
ExpansionskammerExpansion chamber
3838
ExpansionsraumExpansion room
4040
ExpansionsraumExpansion room
4242
Einlassinlet
4343
ZuführleitungSupply line
4444
AuslassOutlet
4545
AbführleitungDischarge line
4646
VentilValve
4747
SteuerleitungControl line
4848
Steuerungs- und/oder RegelungseinrichtungControl and / or regulating device
5050
VentilValve
5151
SteuerleitungControl line
5252
ZündeinrichtungIgnition device
5353
SteuerleitungControl line
5454
RückfedereinrichtungSpring-back device
5656
RückfederkammerSpring-back chamber
5858
RückfederraumSpring-back space
6464
Ein- und/oder AuslassInlet and / or outlet
6666
VentilValve
6868
SteuerleitungControl line
7070
EnergiekopplungseinrichtungEnergy coupling device
7272
LineartriebLinear drive
7474
MagnetanordnungMagnet arrangement
7676
SpulenanordnungCoil arrangement
7878
Leitungmanagement
8080
FreikolbenvorrichtungFree piston device
8282
SymmetrieebenePlane of symmetry
9090
FreikolbenvorrichtungFree piston device
9292
erster Abschnittfirst section
9494
zweiter Abschnittsecond part
9696
RückfederkolbenSpring-loaded piston
9898
RückfederkolbenSpring-loaded piston
100100
RückfedereinheitSpring-back unit
102102
RückfedereinheitSpring-back unit
104104
EnergiekopplungseinheitEnergy coupling unit
106106
EnergiekopplungseinheitEnergy coupling unit
107107
AbstandsänderungsmechanismusDistance change mechanism
108108
HalteelementHolding element
110110
HalteelementHolding element
112112
GelenkelementJoint element
114114
DrehachseAxis of rotation
116116
DrehachseAxis of rotation
118118
DrehachseAxis of rotation
120120
FreikolbenvorrichtungFree piston device
121121
AbstandsänderungsmechanismusDistance change mechanism
122122
GelenkelementJoint element
124124
GelenkelementJoint element
126126
GelenkelementJoint element
128128
GelenkelementJoint element
130130
DrehachseAxis of rotation
132132
DrehachseAxis of rotation
134134
DrehachseAxis of rotation
136136
DrehachseAxis of rotation
138138
DoppelpfeilDouble arrow
140140
Führungguide
150150
FreikolbenvorrichtungFree piston device
152152
RückfederraumSpring-back space
154154
RückfederraumSpring-back space
156156
Wandwall
158158
Wandwall
160160
Ein-/AuslassInlet / outlet
162162
VentilValve

Claims (28)

Freikolbenvorrichtung, umfassend mindestens einen Freikolbenmotor (12), der mindestens eine linear bewegliche Kolbeneinrichtung (16) und eine Kolbenaufnahme (14) umfasst, wobei die Kolbenaufnahme (14) eine einen ersten Expansionsraum (38) bildende erste Expansionskammer (34) und eine einen zweiten Expansionsraum (40) bildende zweite Expansionskammer (36) zur jeweiligen Expansionen eines Arbeitsmediums aufweist, wobei die mindestens eine Kolbeneinrichtung (16) einen den ersten Expansionsraum (38) begrenzenden ersten Arbeitskolben (20) und einen den zweiten Expansionsraum (40) begrenzenden zweiten Arbeitskolben (22) aufweist, wobei der Freikolbenmotor (12) ferner eine Rückfedereinrichtung (54) zum Bereitstellen einer Rückfederkraft für die mindestens eine Kolbeneinrichtung (16) umfasst und wobei die Freikolbenvorrichtung (10; 80; 120; 150) eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (48) umfasst zum Steuern und/oder Regeln von Arbeitstakten des ersten Arbeitskolbens (20) und des zweiten Arbeitskolbens (22), wobei der erste Arbeitskolben (20) und der zweite Arbeitskolben (22) miteinander mechanisch gekoppelt sind zum Bereitstellen einer Bewegung eines Arbeitskolbens (20) in Abhängigkeit einer Bewegung des jeweils anderen Arbeitskolbens (22) und wobei mit der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (48) ein Viertaktbetrieb des ersten Arbeitskolbens (20) und des zweiten Arbeitskolbens (22) steuerbar und/oder regelbar ist, wobei die Arbeitstakte des ersten Arbeitskolbens (20) und des zweiten Arbeitskolbens (22) um zwei Arbeitstakte des Viertaktbetriebes zeitversetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionskammern (34, 36) und die darin angeordneten Arbeitskolben (20, 22) seitlich nebeneinander angeordnet sind, dass der erste Arbeitskolben (20) und der zweite Arbeitskolben (22) parallel zueinander beweglich sind und dass der erste Arbeitskolben (20) und der zweite Arbeitskolben (22) starr miteinander gekoppelt sind.Free-piston device comprising at least one free-piston engine (12) which comprises at least one linearly movable piston device (16) and a piston holder (14), the piston holder (14) having a first expansion chamber (34) forming a first expansion chamber (38) and a second one Second expansion chamber (36) forming expansion space (40) for respective expansions of a working medium, the at least one piston device (16) having a first working piston (20) delimiting the first expansion space (38) and a second working piston (delimiting the second expansion space (40)) 22), the free-piston engine (12) further comprising a spring-back device (54) for providing a spring-back force for the at least one piston device (16), and the free-piston device (10; 80; 120; 150) having a control and / or regulating device ( 48) includes for controlling and / or regulating work cycles of the first working piston (20) and the second working piston (22), the first working piston (20) and the second working piston (22) being mechanically coupled to one another in order to provide a movement of a working piston (20) as a function of a movement of the respective other working piston (22) and wherein the control and / or regulating device (48) controls and / or regulates a four-stroke operation of the first working piston (20) and the second working piston (22), the working cycles of the first working piston (20) and the second working piston (22) Delayed by two working cycles of four-stroke operation, characterized in that the expansion chambers (34, 36) and the working pistons (20, 22) arranged therein are arranged side by side, that the first working piston (20) and the second working piston (22) are parallel to each other are movable and that the first working piston (20) and the second working piston (22) are rigidly coupled to one another. Freikolbenvorrichtung, umfassend mindestens einen Freikolbenmotor (12), der mindestens eine linear bewegliche Kolbeneinrichtung (16) und eine Kolbenaufnahme (14) umfasst, wobei die Kolbenaufnahme (14) eine einen ersten Expansionsraum (38) bildende erste Expansionskammer (34) und eine einen zweiten Expansionsraum (40) bildende zweite Expansionskammer (36) zur jeweiligen Expansionen eines Arbeitsmediums aufweist, wobei die mindestens eine Kolbeneinrichtung (16) einen den ersten Expansionsraum (38) begrenzenden ersten Arbeitskolben (20) und einen den zweiten Expansionsraum (40) begrenzenden zweiten Arbeitskolben (22) aufweist, wobei der Freikolbenmotor (12) ferner eine Rückfedereinrichtung (54) zum Bereitstellen einer Rückfederkraft für die mindestens eine Kolbeneinrichtung (16) umfasst und wobei die Freikolbenvorrichtung (10; 80; 120; 150) eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (48) umfasst zum Steuern und/oder Regeln von Arbeitstakten des ersten Arbeitskolbens (20) und des zweiten Arbeitskolbens (22), wobei der erste Arbeitskolben (20) und der zweite Arbeitskolben (22) miteinander mechanisch gekoppelt sind zum Bereitstellen einer Bewegung eines Arbeitskolbens (20) in Abhängigkeit einer Bewegung des jeweils anderen Arbeitskolbens (22) und wobei mit der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (48) ein Viertaktbetrieb des ersten Arbeitskolbens (20) und des zweiten Arbeitskolbens (22) steuerbar und/oder regelbar ist, wobei die Arbeitstakte des ersten Arbeitskolbens (20) und des zweiten Arbeitskolbens (22) um zwei Arbeitstakte des Viertaktbetriebes zeitversetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Arbeitskolben (20) und der zweite Arbeitskolben (22) beweglich miteinander gekoppelt und relativ zueinander beweglich sind, dass die mindestens eine Kolbeneinrichtung (16) einen den ersten Arbeitskolben (20) aufweisenden ersten Abschnitt (92) und einen den zweiten Arbeitskolben (22) aufweisenden zweiten Abschnitt (94) umfasst, die jeweils längs einer Achse (18) der Freikolbenvorrichtung (120) beweglich sind, und dass die Abschnitte (92, 94) unter Steuerung und/oder Regelung der Arbeitstakte der Arbeitskolben (20, 22) relativ zueinander gegengleich bewegbar sind.Free-piston device comprising at least one free-piston engine (12) which comprises at least one linearly movable piston device (16) and a piston holder (14), the piston holder (14) having a first expansion chamber (34) forming a first expansion chamber (38) and a second one Second expansion chamber (36) forming expansion space (40) for respective expansions of a working medium, the at least one piston device (16) having a first working piston (20) delimiting the first expansion space (38) and a second working piston (delimiting the second expansion space (40)) 22), the free-piston engine (12) further comprising a spring-back device (54) for providing a spring-back force for the at least one piston device (16), and the free-piston device (10; 80; 120; 150) having a control and / or regulating device ( 48) includes for controlling and / or regulating work cycles of the first working piston (20) and the second Working piston (22), the first working piston (20) and the second working piston (22) being mechanically coupled to one another to provide a movement of a working piston (20) in dependence on a movement of the respective other working piston (22) and wherein the control and / or control device (48) a four-cycle operation of the first working piston (20) and the second working piston (22) can be controlled and / or regulated, the working cycles of the first working piston (20) and the second working piston (22) being two working cycles of the four-cycle operation are offset in time, characterized in that the first working piston (20) and the second working piston (22) are movably coupled to one another and movable relative to one another, that the at least one piston device (16) has a first section (92) having the first working piston (20) and a second section (94) having the second working piston (22), each along an axis (18 ) of the free piston device (120) are movable, and that the sections (92, 94) can be moved relative to one another relative to one another under control and / or regulation of the working cycles of the working pistons (20, 22). Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (48) zum Steuern und/ oder Regeln der Arbeitstakte des ersten Arbeitskolbens (20) und des zweiten Arbeitskolbens (22) mit mindestens einem der Folgenden in Wirkverbindung steht: - einer an der ersten Expansionskammer (34) und/oder der zweiten Expansionskammer (36) angeordneten Ventileinrichtung (46, 50); - einer an der ersten Expansionskammer (34) und/oder der zweiten Expansionskammer (36) angeordneten Zündeinrichtung (52); - einer an der ersten Expansionskammer (34) und/oder der zweiten Expansionskammer (36) angeordneten Einspritzeinrichtung; - einer Mischeinrichtung zum Bereitstellen des Arbeitsmediums als Brennstoff-Oxidator-Gemisch; - einer Ladeeinrichtung zum Bereitstellen eines Volumenstroms des Arbeitsmediums.Free piston device after Claim 1 or 2nd , characterized in that the control and / or regulating device (48) for controlling and / or regulating the work cycles of the first working piston (20) and the second working piston (22) is in operative connection with at least one of the following: - one on the first Expansion chamber (34) and / or the second expansion chamber (36) arranged valve device (46, 50); - An ignition device (52) arranged on the first expansion chamber (34) and / or the second expansion chamber (36); - An injection device arranged on the first expansion chamber (34) and / or the second expansion chamber (36); - A mixing device for providing the working medium as a fuel-oxidizer mixture; - A charging device for providing a volume flow of the working medium. Freikolbenvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub des ersten Arbeitskolbens (20) und des zweiten Arbeitskolbens (22) gleich ist und/oder dass der Hub des ersten Arbeitskolbens (20) und des zweiten Arbeitskolbens (22) steuerbar und/oder regelbar ist.Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the stroke of the first working piston (20) and the second working piston (22) is the same and / or that the stroke of the first working piston (20) and the second working piston (22) is controllable and / or is adjustable. Freikolbenvorrichtung nach einem voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Arbeitskolben (20) und der zweite Arbeitskolben (22) von einem jeweiligen oberen Totpunkt (OT) zu einem jeweiligen unteren Totpunkt (UT) bewegbar sind und dass die Lage des jeweiligen oberen Totpunkts (OT) und/des jeweiligen unteren Totpunkts (UT) steuerbar und/oder regelbar ist.Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the first working piston (20) and the second working piston (22) can be moved from a respective top dead center (OT) to a respective bottom dead center (UT) and that the position of the respective top dead center ( OT) and / of the respective bottom dead center (UT) can be controlled and / or regulated. Freikolbenvorrichtung nach einem voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kolbeneinrichtung (16) eine Kopplungseinrichtung umfasst oder ausbildet zum Koppeln des ersten Arbeitskolbens (20) mit den zweiten Arbeitskolben (22).Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one piston device (16) comprises or forms a coupling device for coupling the first working piston (20) to the second working piston (22). Freikolbenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 6, soweit auf Anspruch 1 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Arbeitskolben (20) und am zweiten Arbeitskolben (22) festgelegte Kolbentragelemente (24, 26) über ein Kopplungselement (28) fest miteinander verbunden sind.Free piston device according to one of the Claims 1 or 3rd to 6 , as far as Claim 1 back-related, characterized in that on the first working piston (20) and on the second working piston (22) fixed piston support elements (24, 26) are firmly connected to one another via a coupling element (28). Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kolbeneinrichtung (16) einen Rückfederkolben (30) umfasst, der über ein weiteres Kolbentragelement (32) an einer dem ersten Arbeitskolben (20) und dem zweiten Arbeitskolben (22) gegenüberliegenden Seite am Kopplungselement (28) festgelegt ist, wobei der Rückfederkolben (30) einen Rückfederraum (58) der Rückfedereinrichtung (54) begrenzt.Free piston device after Claim 7 characterized in that the at least one piston device (16) comprises a spring-back piston (30) which, via a further piston support element (32), fixes on the coupling element (28) on a side opposite the first working piston (20) and the second working piston (22) is, the spring-back piston (30) delimits a spring-back space (58) of the spring-back device (54). Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Kolbentragelement (32), bezogen auf eine von der Freikolbenvorrichtung (10; 80) definierte Achse (18) mittig zwischen dem ersten Arbeitskolben (20) und dem zweiten Arbeitskolben (22) angeordnet ist.Free piston device after Claim 8 , characterized in that the further piston support element (32), relative to an axis (18) defined by the free piston device (10; 80), is arranged centrally between the first working piston (20) and the second working piston (22). Freikolbenvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3 bis 6, soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Arbeitskolben (20) an einer dem zweiten Abschnitt (94) abgewandten Seite des ersten Abschnitts (92) angeordnet ist und dass der zweite Arbeitskolben (22) an einer dem ersten Abschnitt (92) abgewandten Seite des zweiten Abschnittes (94) angeordnet ist.Free piston device according to one of the Claims 2 or 3rd to 6 , as far as Claim 2 back-related, characterized in that the first working piston (20) is arranged on a side of the first section (92) facing away from the second section (94) and in that the second working piston (22) is arranged on a side of the second facing away from the first section (92) Section (94) is arranged. Freikolbenvorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 10 oder 3 bis 6, soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kolbeneinrichtung (16) einen Abstandsänderungsmechanismus (121) umfasst zum Bereitstellen eines unterschiedlichen Abstandes des ersten Abschnitts (92) und des zweiten Abschnitts (94) voneinander abhängig vom Arbeitstakt der Arbeitskolben (20, 22).Free piston device according to one of the Claims 2 , 10th or 3rd to 6 , as far as Claim 2 back-related, characterized in that the at least one piston device (16) comprises a distance changing mechanism (121) for providing a different distance between the first section (92) and the second section (94) from one another depending on the working cycle of the working pistons (20, 22). Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (92) und der zweite Abschnitt (94) einen minimalen Abstand voneinander einnehmen, wenn die Arbeitskolben (20, 22) einen jeweiligen unteren Totpunkt (UT) einnehmen und einen maximalen Abstand voneinander einnehmen, wenn die Arbeitskolben (20, 22) einen jeweiligen oberen Totpunkt (OT) einnehmen.Free piston device after Claim 11 , characterized in that the first section (92) and the second section (94) are at a minimum distance from one another when the working pistons (20, 22) are at a respective bottom dead center (UT) and are at a maximum distance from one another when the working pistons (20, 22) each take a top dead center (TDC). Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandsänderungsmechanismus (121) mindestens ein Paar von Gelenkelementen (122, 124, 126, 128) umfasst, deren jeweils eines am ersten Abschnitt (92) beziehungsweise am zweiten Abschnitt (94) drehbar festgelegt ist und die miteinander drehbar verbunden sind, wobei die Drehachsen (130, 132, 134, 136) jeweils quer zur Achse (18) ausgerichtet sind.Free piston device after Claim 11 or 12th , characterized in that the distance changing mechanism (121) comprises at least a pair of hinge elements (122, 124, 126, 128), one of which is rotatably attached to the first section (92) and the second section (94), respectively, and which are rotatably connected to one another are, the axes of rotation (130, 132, 134, 136) are each aligned transversely to the axis (18). Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Paare von Gelenkelementen (122, 124, 126, 128) vorgesehen sind, wobei die Paare von Gelenkelementen (122, 124, 126, 128) einander bezüglich der Achse (18) gegenüberliegen.Free piston device after Claim 13 , characterized in that two pairs of joint elements (122, 124, 126, 128) are provided, the pairs of joint elements (122, 124, 126, 128) lying opposite one another with respect to the axis (18). Freikolbenvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückfedereinrichtung (54) mindestens eine Gasfedereinrichtung umfasst oder ausbildet, wobei die Kolbenaufnahme (14) mindestens eine Rückfederkammer (56) aufweist, in der mindestens ein Rückfederraum (58) gebildet ist, und dass die mindestens eine Kolbeneinrichtung (16) mindestens einen Rückfederkolben (30; 96, 98) umfasst, der den mindestens einen Rückfederraum (58) begrenzt und mit dem ersten Arbeitskolben (20) und/oder dem zweiten Arbeitskolben (22) über mindestens ein Kolbentragelement (24, 26, 32) gekoppelt ist.Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the spring-back device (54) comprises or forms at least one gas spring device, the piston receptacle (14) having at least one spring-back chamber (56) in which at least one spring-back chamber (58) is formed, and in that the at least one piston device (16) comprises at least one spring-back piston (30; 96, 98), which delimits the at least one spring-back space (58) and with the first working piston (20) and / or the second working piston (22) via at least one piston-carrying element ( 24, 26, 32) is coupled. Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückfedereinrichtung (54) eine erste Rückfedereinheit (100) umfasst, die dem ersten Arbeitskolben (20) zugeordnet ist und eine zweite Rückfedereinheit (102), die dem zweiten Arbeitskolben (22) zugeordnet ist, wobei jede Rückfedereinheit (100, 102) über einen Rückfederkolben (96, 98), der über ein Kolbentragelement (24, 26) mit einem der Arbeitskolben (20, 22) verbunden ist, auf den jeweiligen Arbeitskolben (20, 22) einwirkt.Free piston device after Claim 15 , characterized in that the spring-back device (54) comprises a first spring-back unit (100) which is assigned to the first working piston (20) and a second spring-back unit (102) which is assigned to the second working piston (22), each spring-back unit (100 , 102) acts on the respective working piston (20, 22) via a spring-loaded piston (96, 98) which is connected to one of the working pistons (20, 22) via a piston supporting element (24, 26). Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückfedereinrichtung (54) dem ersten Arbeitskolben (20) und dem zweiten Arbeitskolben (22) gemeinsam zugeordnet ist und über einen Rückfederkolben (30) auf ein Kolbentragelement (32) einwirkt, das mit beiden Arbeitskolben (20, 22) gekoppelt ist.Free piston device after Claim 15 , characterized in that the spring-back device (54) is jointly assigned to the first working piston (20) and the second working piston (22) and acts via a spring-back piston (30) on a piston support element (32) which works with both working pistons (20, 22) is coupled. Freikolbenvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Rückfedereinrichtung (54) ausgeübte Rückfederkraft im Betrieb der Freikolbenvorrichtung (10; 80; 120; 150) steuerbar und/oder regelbar ist.Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the spring-back force exerted by the spring-back device (54) can be controlled and / or regulated during operation of the free-piston device (10; 80; 120; 150). Freikolbenvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Freikolbenmotor (12) eine Energiekopplungseinrichtung (70) umfasst zum Auskoppeln von Energie aus der mindestens einen Kolbeneinrichtung (16) und/oder zum Einkoppeln von Energie in die mindestens eine Kolbeneinrichtung (16).Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one free-piston engine (12) comprises an energy coupling device (70) for coupling energy out of the at least one piston device (16) and / or for coupling energy into the at least one piston device (16 ). Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiekopplungseinrichtung (70) mindestens einen elektrischen Lineartrieb (72) umfasst, mit einer Spulenanordnung (76) und einer relativ dazu beweglichen Magnetanordnung (74).Free piston device after Claim 19 , characterized in that the energy coupling device (70) comprises at least one electric linear drive (72) with a coil arrangement (76) and a magnet arrangement (74) movable relative thereto. Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (76) ortsfest zur Kolbenaufnahme (14) angeordnet ist und dass die Magnetanordnung (74) an einem Kolbentragelement (24, 26, 32) eines Arbeitskolbens (20, 22) festgelegt ist.Free piston device after Claim 20 , characterized in that the coil arrangement (76) is arranged in a stationary manner with respect to the piston receptacle (14) and that the magnet arrangement (74) is fixed to a piston support element (24, 26, 32) of a working piston (20, 22). Freikolbenvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der mindestens einen Kolbeneinrichtung (16) mittels der Energiekopplungseinrichtung (70) im Betrieb der Freikolbenvorrichtung (10; 80; 120; 150) steuerbar und/oder regelbar ist.Free piston device according to one of the Claims 19 to 21 , characterized in that the movement of the at least one piston device (16) can be controlled and / or regulated by means of the energy coupling device (70) during operation of the free piston device (10; 80; 120; 150). Freikolbenvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiekopplungseinrichtung (70) eine erste Energiekopplungseinheit (104) umfasst, die dem ersten Arbeitskolben (20) zugeordnet ist, und eine zweite Energiekopplungseinheit (106), die dem zweiten Arbeitskolben (22) zugeordnet ist, wobei jede Energiekopplungseinheit (104, 106) an einem Kolbentragelement (24, 26) des jeweiligen Arbeitskolbens (20, 22) angeordnet ist und mit diesem zusammenwirkt.Free piston device according to one of the Claims 19 to 22 characterized in that the energy coupling device (70) comprises a first energy coupling unit (104) which is assigned to the first working piston (20) and a second energy coupling unit (106) which is assigned to the second working piston (22), each energy coupling unit ( 104, 106) is arranged on a piston support element (24, 26) of the respective working piston (20, 22) and interacts with it. Freikolbenvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiekopplungseinrichtung (70) dem ersten Arbeitskolben (20) und dem zweiten Arbeitskolben (22) zugeordnet ist, wobei die Energiekopplungseinrichtung (70) an einem Kolbentragelement (32) für den ersten Arbeitskolben (20) und dem zweiten Arbeitskolben (22) angeordnet ist.Free piston device according to one of the Claims 19 to 22 , characterized in that the energy coupling device (70) is assigned to the first working piston (20) and the second working piston (22), the energy coupling device (70) being attached to a piston support element (32) for the first working piston (20) and the second working piston ( 22) is arranged. Freikolbenvorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Freikolbenvorrichtung (80) einen ersten Freikolbenmotor (12) umfasst und einen zweiten Freikolbenmotor (12), die identisch sind und die so angeordnet sind, dass sie bezüglich einer Symmetrieebene (82) symmetrisch zueinander sind, welche Symmetrieebene (82) senkrecht zu einer Achse (18) der Freikolbenvorrichtung (80) ist, längs derer die jeweilige mindestens eine Kolbeneinrichtung (16) beweglich ist.Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the free-piston device (80) comprises a first free-piston engine (12) and a second free-piston engine (12) which are identical and which are arranged such that they are symmetrical to one another with respect to a plane of symmetry (82) which plane of symmetry (82) is perpendicular to an axis (18) of the free piston device (80) along which the respective at least one piston device (16) is movable. Freikolbenvorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass über die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung (48) die Arbeitstakte der Arbeitskolben (20, 22) so steuerbar und/oder regelbar sind, dass die mindestens eine Kolbeneinrichtung (16) des ersten Freikolbenmotors (12) und die mindestens eine Kolbeneinrichtung (16) des zweiten Freikolbenmotors (12) gegengleich bewegbar sind.Free piston device after Claim 25 , characterized in that the work cycles of the working pistons (20, 22) can be controlled and / or regulated via the control and / or regulating device (48) such that the at least one piston device (16) of the first free-piston engine (12) and the at least one piston device (16) of the second free-piston engine (12) can be moved in opposite directions. Verfahren zum Betreiben einer Freikolbenvorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung einen Viertaktbetrieb des ersten Arbeitskolbens und des zweiten Arbeitskolbens steuert und/oder regelt, wobei die Arbeitstakte des ersten Arbeitskolbens und des zweiten Arbeitskolbens um zwei Arbeitstakte des Viertaktbetriebes zeitversetzt sind.Method for operating a free-piston device according to one of the preceding claims, in which the control and / or regulating device controls and / or regulates a four-stroke operation of the first working piston and the second working piston, the working cycles of the first working piston and the second working piston being two working cycles of the four-stroke operation are staggered. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung zum Steuern und/oder Regeln der Arbeitstakte des ersten Arbeitskolbens und des zweiten Arbeitskolbens mindestens eines der Folgenden steuert und/oder regelt: - eine an der ersten Expansionskammer und/oder der zweiten Expansionskammer angeordnete Ventileinrichtung; - eine an der ersten Expansionskammer und/oder der zweiten Expansionskammer angeordnete Zündeinrichtung; - eine an der ersten Expansionskammer und/oder der zweiten Expansionskammer angeordnete Einspritzeinrichtung; - eine Mischeinrichtung zum Bereitstellen des Arbeitsmediums als Brennstoff-Oxidator-Gemisch; - eine Ladeeinrichtung zum Bereitstellen eines Volumenstroms des Arbeitsmediums.Procedure according to Claim 27 , characterized in that the control and / or regulating device for controlling and / or regulating the work cycles of the first working piston and the second working piston controls and / or regulates at least one of the following: - one arranged on the first expansion chamber and / or the second expansion chamber Valve device; - An ignition device arranged on the first expansion chamber and / or the second expansion chamber; an injection device arranged on the first expansion chamber and / or the second expansion chamber; - A mixing device for providing the working medium as a fuel-oxidizer mixture; - A charging device for providing a volume flow of the working medium.
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