DE102016120354A1

DE102016120354A1 - Free-piston device

Info

Publication number: DE102016120354A1
Application number: DE102016120354.8A
Authority: DE
Inventors: Roman Virsik; Alex Heron; Stephan Schneider; Florian Kock
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2018-04-26
Anticipated expiration: 2036-10-26
Also published as: DE102016120354B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Freikolbenvorrichtung, umfassend einen Freikolbenmotor mit einer eine Achse definierenden Kolbeneinrichtung, die unter der Wirkung der Expansion eines Mediums in einem Expansionsraum, der von einem Kolben der Kolbeneinrichtung begrenzt ist, sowie einer Rückfedereinrichtung axial hin- und herbeweglich ist, sowie mindestens eine Energiekopplungseinrichtung, die eine Statoranordnung und eine mit der Kolbeneinrichtung über ein Halteelement verbundene Läuferanordnung aufweist, wobei die Läuferanordnung plattenförmig oder im Wesentlichen plattenförmig ausgestaltet ist und eine Ebene definiert. Um eine derartige Freikolbenvorrichtung bereitzustellen, bei der bei Beibehaltung einer kompakten Bauform eine robuste Konstruktion mit nach Möglichkeit hoher Leistungsdichte möglich ist, wird erfindungsgemäß eine Positionierung der Achse im Querabstand zur Ebene der Läuferanordnung vorgeschlagen, wobei eine die Achse enthaltende Bezugsebene quer zur Ebene der Läuferanordnung ausgerichtet ist.The invention relates to a free-piston device comprising a free-piston engine with an axis defining piston device which is axially reciprocable under the effect of expansion of a medium in an expansion space bounded by a piston of the piston device and a return spring device, and at least one Energy coupling device having a stator assembly and connected to the piston device via a holding element rotor assembly, wherein the rotor assembly is plate-shaped or substantially plate-shaped and defines a plane. In order to provide such a free-piston device in which a robust construction with possible high power density is possible while maintaining a compact design, the invention proposes positioning the axis at a transverse distance to the plane of the rotor assembly, wherein a reference plane containing the axis aligned transversely to the plane of the rotor assembly is.

Description

Die Erfindung betrifft eine Freikolbenvorrichtung, umfassend einen Freikolbenmotor mit einer eine Achse definierenden Kolbeneinrichtung, die unter der Wirkung der Expansion eines Mediums in einem Expansionsraum, der von einem Kolben der Kolbeneinrichtung begrenzt ist, sowie eine Rückfedereinrichtung axial hin- und herbeweglich ist, sowie mindestens eine Energiekopplungseinrichtung, die eine Statoranordnung und eine mit der Kolbeneinrichtung über ein Halteelement verbundene Läuferanordnung aufweist, wobei die Läuferanordnung plattenförmig oder im Wesentlichen plattenförmig ausgestaltet ist und eine Ebene definiert.The invention relates to a free-piston device comprising a free-piston engine having an axis defining piston device which is axially reciprocable under the effect of the expansion of a medium in an expansion space bounded by a piston of the piston device and a return spring device, and at least one Energy coupling device having a stator assembly and connected to the piston device via a holding element rotor assembly, wherein the rotor assembly is plate-shaped or substantially plate-shaped and defines a plane.

Bei der Freikolbenvorrichtung erfolgt die Bewegung der Kolbeneinrichtung unter der Wirkung der Expansion des Mediums im Expansionsraum einerseits und der entgegengesetzten Wirkung der Rückfedereinrichtung andererseits. Die Rückfedereinrichtung kann beispielsweise mechanisch ausgestaltet sein und/oder eine Gasfeder aufweisen, die bei der Bewegung des Verbrennungskolbens vom oberen zum unteren Totpunkt komprimiert wird und bei deren Expansion der Verbrennungskolben vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt bewegt wird. Eine derartige Freikolbenvorrichtung ist beispielsweise in der DE 10 2006 029 532 A1 beschrieben. Diese Freikolbenvorrichtung umfasst eine Energiekopplungseinrichtung, ausgestaltet als Lineargenerator, mit einer Läuferanordnung, die als den Verbrennungskolben mit dem Gasfederkolben verbindende Magnetanordnung ausgestaltet ist. Die Statoranordnung, ausgebildet als Spulenanordnung, umgibt die Kolbeneinrichtung.In the free-piston device, the movement of the piston device takes place under the effect of the expansion of the medium in the expansion chamber on the one hand and the opposite effect of the return spring device on the other. The return spring means may for example be mechanically configured and / or comprise a gas spring, which is compressed during the movement of the combustion piston from the top to the bottom dead center and the expansion of which the combustion piston is moved from bottom dead center to top dead center. Such a free-piston device is for example in the DE 10 2006 029 532 A1 described. This free-piston device comprises an energy coupling device, designed as a linear generator, with a rotor arrangement which is designed as a magnet arrangement connecting the combustion piston to the gas spring piston. The stator arrangement, designed as a coil arrangement, surrounds the piston device.

In der DE 102 42 141 A1 ist eine Freikolbenvorrichtung mit ebenfalls elektromagnetisch ausgestalteter Energiekopplungseinrichtung offenbart. Die Magnet-(Läufer-)Anordnung ist an einem im Querabstand zur Achse angeordneten rohrförmigen Halteelement festgelegt. Die Spulen-(Stator-) Anordnung umgibt die Magnetanordnung. Auf diese Weise kann eine kurze Bauform der Freikolbenvorrichtung erzielt werden.In the DE 102 42 141 A1 a free piston device is also disclosed with electromagnetically configured energy coupling device. The magnet (rotor) arrangement is fixed to a tubular holding element arranged at a transverse distance from the axis. The coil (stator) assembly surrounds the magnet assembly. In this way, a short design of the free-piston device can be achieved.

Die nicht-vorveröffentlichte Patentanmeldung DE 10 2016 109 038 derselben Anmelderin beschreibt eine gattungsgemäße Freikolbenvorrichtung, bei der seitlich neben der Kolbeneinrichtung angeordnete Energiekopplungseinrichtungen in Form von Lineargeneratoren zum Einsatz kommen. Die elektromagnetisch ausgestalteten Energiekopplungseinrichtungen weisen eine Flachbauweise auf, bei der die Läufer-(Magnet-)Anordnung plattenförmig und eine Ebene definierend ausgestaltet ist. Entsprechendes gilt für die beiderseits der Läuferanordnung angeordneten Stator-(Spulen-)Anordnungen. Die Achse ist in der Ebene der Läuferanordnung angeordnet und bildet mit dieser eine Ebene der Bewegung. Bei insgesamt sehr flacher Bauweise der Freikolbenvorrichtung kann eine hohe Leistungsdichte erzielt werden. Derartige Freikolbenvorrichtungen in Flachbauweise bewähren sich in der Praxis. Durch die Flachbauweise ist die Torsionssteifigkeit und damit das Widerstandsmoment der Kolbeneinrichtung mit Energiekopplungseinrichtung in der Ebene der Läuferanordnung jedoch nicht allzu groß. Es können, wenn auch erst bei höheren Betriebsfrequenzen, unerwünschte resonante Schwingungen auftreten.The non-prepublished patent application DE 10 2016 109 038 The same applicant describes a generic free-piston device, in which laterally arranged next to the piston device energy coupling devices in the form of linear generators are used. The electromagnetically designed energy coupling devices have a flat construction, in which the rotor (magnetic) arrangement is configured plate-shaped and defining a plane. The same applies to both sides of the rotor arrangement arranged stator (coil) arrangements. The axis is arranged in the plane of the rotor assembly and forms with this a plane of movement. With an overall very flat construction of the free-piston device, a high power density can be achieved. Such free-piston devices in flat design prove themselves in practice. Due to the flat construction, however, the torsional stiffness and thus the resistance moment of the piston device with energy coupling device in the plane of the rotor assembly is not too large. It may, although only at higher operating frequencies, undesirable resonant oscillations occur.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Freikolbenvorrichtung so weiterzubilden, dass bei Beibehaltung einer kompakten Bauform eine robuste Konstruktion mit nach Möglichkeit hoher Leistungsdichte möglich ist.Object of the present invention is to develop a generic free-piston device so that while maintaining a compact design a robust construction with possible high power density is possible.

Diese Aufgabe wird bei einer Freikolbenvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch eine Positionierung der Achse in Querabstand zur Ebene der Läuferanordnung, wobei eine die Achse enthaltende Bezugsebene quer zur Ebene der Läuferanordnung ausgerichtet ist.This object is achieved according to the invention in a free piston device of the type mentioned by a positioning of the axis in transverse distance to the plane of the rotor assembly, wherein a reference plane containing the axis is aligned transversely to the plane of the rotor assembly.

Bei der vorliegenden Erfindung ist die Achse, anders als bei der eingangs genannten Freikolbenvorrichtung der DE 10 2016 109 038 , nicht in der Ebene der Läuferanordnung angeordnet. Stattdessen weist die Achse zur Ebene der Läuferanordnung einen Abstand auf, so dass ein Querabstand zwischen der Achse und der Läuferanordnung erzielt werden kann. Eine Bezugsebene, die die Achse enthält, ist quer zur Ebene der Läuferanordnung ausgerichtet, wobei „quer“ vorliegend als nicht-identisch und nicht-parallel aufgefasst werden kann und insbesondere auch einen rechten Winkel zwischen der Bezugsebene und der Ebene der Läuferanordnung einschließt. Im Verhältnis zu der in der DE 10 2016 109 038 beschriebenen Freikolbenvorrichtung wird die Läuferanordnung daher relativ zu einer Bezugsebene geneigt und insbesondere senkrecht zu dieser ausgerichtet, wodurch die Erstreckung der Freikolbenvorrichtung in der Bezugsebene verringert werden kann. Dies führt zu einer robusteren Konstruktion, so dass Resonanzschwingungen erst bei Frequenzen deutlich über den üblichen Betriebsfrequenzen der Freikolbenvorrichtungen auftreten. Zugleich kann bei den üblichen Abmessungen der Komponenten der Freikolbenvorrichtung in allen drei Raumrichtungen eine kompakte Bauform realisiert werden, in axialer Richtung, senkrecht zur Achse in der Bezugsebene, sowie senkrecht zu den beiden genannten Richtungen.In the present invention, the axis, unlike the aforementioned free-piston device of DE 10 2016 109 038 not arranged in the plane of the rotor assembly. Instead, the axis has a distance to the plane of the rotor assembly, so that a transverse distance between the axis and the rotor assembly can be achieved. A reference plane containing the axis is oriented transversely to the plane of the rotor assembly, where "transverse" herein may be construed as non-identical and non-parallel, and in particular includes a right angle between the reference plane and the plane of the rotor assembly. In relation to in the DE 10 2016 109 038 described free piston device, the rotor assembly is therefore inclined relative to a reference plane and in particular aligned perpendicular thereto, whereby the extension of the free-piston device in the reference plane can be reduced. This leads to a more robust design, so that resonant vibrations occur only at frequencies well above the usual operating frequencies of the free-piston devices. At the same time in the usual dimensions of the components of the free-piston device in all three spatial directions a compact design can be realized, in the axial direction, perpendicular to the axis in the reference plane, and perpendicular to the two directions mentioned.

Gewissermaßen kann die Läuferanordnung als relativ zur Ebene der Bewegung bei der herkömmlichen Freikolbenvorrichtung geneigt oder gekippt angesehen werden. Die Bezugsebene kann vorliegend daher auch als Ebene der Bewegung der erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung angesehen werden.In a sense, the rotor assembly may be considered inclined or tilted relative to the plane of travel in the conventional free piston device. In the present case, therefore, the reference plane can also be regarded as the plane of movement of the free-piston device according to the invention.

Günstig ist es, wenn die Bezugsebene senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zur Ebene der Läuferanordnung ausgerichtet ist, wobei vorliegend unter „im Wesentlichen senkrecht“ insbesondere eine geringfügige Abweichung von einem rechten Winkel bestehen kann, zum Beispiel bis zu ca. 5°. It is favorable if the reference plane is oriented perpendicularly or substantially perpendicular to the plane of the rotor arrangement, wherein in the present case "substantially perpendicular" may in particular be a slight deviation from a right angle, for example up to approximately 5 °.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Freikolbenvorrichtung schneidet die Bezugsebene die Läuferanordnung mittig oder im Wesentlichen mittig. Hierunter kann vorliegend zum Beispiel verstanden werden, dass ein Lot von der Achse auf die Ebene der Läuferanordnung die Läuferanordnung mittig oder ungefähr mittig schneidet.In an advantageous embodiment of the free-piston device, the reference plane intersects the rotor arrangement centrally or substantially in the center. In the present case, this may for example be understood to mean that a perpendicular from the axis to the plane of the rotor arrangement cuts the rotor arrangement centrally or approximately in the middle.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform durchsetzt die Läuferanordnung die Bezugsebene und ist bei der zuletzt erwähnten vorteilhaften Ausführungsform vorzugsweise zu gleichen Teilen oberhalb und unterhalb der Bezugsebene positioniert.In an advantageous embodiment, the rotor arrangement passes through the reference plane and is preferably positioned in equal parts above and below the reference plane in the last-mentioned advantageous embodiment.

Günstig ist es, wenn die Läuferanordnung in sich symmetrisch oder im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der Bezugsebene ausgestaltet ist.It is favorable if the rotor arrangement is embodied symmetrically or substantially symmetrically with respect to the reference plane.

Es ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Läuferanordnung ihre größte Erstreckung parallel zur Achse aufweist.It is advantageously provided that the rotor arrangement has its greatest extent parallel to the axis.

Weiter ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Läuferanordnung ihre geringste Erstreckung radial zur Achse in der Bezugsebene aufweist.Furthermore, it is advantageously provided that the rotor arrangement has its smallest extent radially to the axis in the reference plane.

Die mindestens eine Energiekopplungseinrichtung ist vorzugsweise elektromagnetisch ausgestaltet, wobei die Läuferanordnung eine Magnetanordnung und die Statoranordnung eine Spulenanordnung ist oder umfasst. Die Energiekopplungseinrichtung bildet insbesondere einen Lineargenerator. Die Magnetanordnung umfasst beispielsweise axial aufeinanderfolgend angeordnete Magnetelemente, zwischen denen Flussleitelemente zur Bündelung des magnetischen Flusses positioniert sein können.The at least one energy coupling device is preferably configured electromagnetically, wherein the rotor arrangement is or comprises a magnet arrangement and the stator arrangement is or comprises a coil arrangement. The energy coupling device forms in particular a linear generator. The magnet arrangement comprises, for example, axially consecutively arranged magnetic elements, between which flux guide elements for focusing the magnetic flux can be positioned.

Die Statoranordnung, insbesondere die Spulenanordnung, umfasst vorteilhafterweise mindestens einen Statorabschnitt, der plattenförmig oder im Wesentlichen plattenförmig ausgestaltet und parallel zur Läuferanordnung angeordnet ist. Dies ermöglicht eine Flachbauweise der Energiekopplungseinrichtung, wodurch eine hohe Leistungsdichte erzielt werden kann.The stator arrangement, in particular the coil arrangement, advantageously comprises at least one stator section, which is designed plate-shaped or substantially plate-shaped and arranged parallel to the rotor arrangement. This allows a flat construction of the power coupling device, whereby a high power density can be achieved.

Die Leistungsdichte kann weiter gesteigert werden, wenn die Statoranordnung zwei Statorabschnitte umfasst, zwischen denen die Läuferanordnung positioniert ist. Zu beiden Seiten der Läuferanordnung können Statorabschnitte des Stators angeordnet sein. Radial nach außen bezüglich der Achse folgt auf einen inneren Statorabschnitt die Läuferanordnung und anschließend ein äußerer Statorabschnitt, wobei die Läuferanordnung durch die Kolbeneinrichtung axial zwischen den Statorabschnitten bewegbar ist.The power density can be further increased if the stator arrangement comprises two stator sections, between which the rotor arrangement is positioned. Stator sections of the stator can be arranged on both sides of the rotor arrangement. Radially outward with respect to the axis follows on an inner stator section, the rotor assembly and then an outer stator section, wherein the rotor assembly is movable by the piston means axially between the stator sections.

Als günstig erweist es sich, insbesondere bei der zuletzt erwähnten vorteilhaften Ausführungsform, wenn die Läuferanordnung in der von ihr definierten Ebene und quer, speziell senkrecht, zur Bezugsebene mit zumindest einem Endabschnitt über einen Statorabschnitt hinausragt und wenn das Halteelement mit dem Endabschnitt verbunden ist. Die Verbindung des Halteelementes mit dem Endabschnitt, der über den Statorabschnitt hinausragt, erlaubt es, radial innenseitig der Läuferanordnung einen Statorabschnitt zu positionieren, wobei bevorzugt ein weiterer Statorabschnitt zur Steigerung der Leistungsdichte radial außerhalb der Läuferanordnung positioniert sein kann.It proves to be favorable, in particular in the case of the last-mentioned advantageous embodiment, when the rotor arrangement projects in the plane defined by it and transversely, especially vertically, to the reference plane with at least one end section over a stator section and when the retaining element is connected to the end section. The connection of the holding element with the end portion, which projects beyond the stator, allows to position a stator radially inwardly of the rotor assembly, wherein preferably a further stator section to increase the power density can be positioned radially outside of the rotor assembly.

Vorteilhafterweise ragt die Läuferanordnung mit zwei Endabschnitten an einander gegenüberliegenden Seiten über den Statorabschnitt heraus, wobei die Endabschnitte mit dem Halteelement verbunden sind. Die Läuferanordnung kann dadurch an einander gegenüberliegenden Endabschnitten, zum Beispiel oberhalb und unterhalb der Bezugsebene, robust mit der Kolbeneinrichtung verbunden werden.Advantageously, the rotor arrangement projects beyond the stator section with two end sections on opposite sides, the end sections being connected to the retaining element. The rotor arrangement can thereby be robustly connected to the piston device at opposite end sections, for example above and below the reference plane.

Vorteilhafterweise weist die Statoranordnung ihre größte Erstreckung parallel zur Achse auf.Advantageously, the stator assembly has its greatest extent parallel to the axis.

Günstig ist es, wenn die Statoranordnung ihre geringste Erstreckung radial zur Achse in der Bezugsebene aufweist.It is favorable if the stator arrangement has its smallest extension radially to the axis in the reference plane.

Die Freikolbenvorrichtung umfasst bei einer bevorzugten Ausführungsform zwei Energiekopplungseinrichtungen, insbesondere Lineargeneratoren, wodurch die Leistungsdichte der Freikolbenvorrichtung gesteigert werden kann.The free piston device comprises in a preferred embodiment, two energy coupling devices, in particular linear generators, whereby the power density of the free piston device can be increased.

Von Vorteil ist es, wenn die Energiekopplungseinrichtungen einander bezüglich einer Ebene gegenüberliegend angeordnet sind, die quer und insbesondere senkrecht zur Bezugsebene ausgerichtet ist und die Achse enthält. Die Energiekopplungseinrichtungen können dabei auf einander gegenüberliegenden Seiten der Kolbeneinrichtung positioniert sein, beispielsweise einer Kolbenstange der Kolbeneinrichtung, die einen Verbrennungskolben mit einem Rückfeder- oder Gasfederkolben verbindet.It is advantageous if the energy coupling devices are arranged opposite each other with respect to a plane which is aligned transversely and in particular perpendicular to the reference plane and contains the axis. The energy coupling devices can be positioned on opposite sides of the piston device, for example, a piston rod of the piston device, which connects a combustion piston with a return spring or gas spring piston.

Vorteilhafterweise sind die Energiekopplungseinrichtungen symmetrisch oder im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der vorstehend genannten Ebene, die die Achse enthält und quer zur Bezugsebene ausgerichtet ist. Diese Ebene ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform senkrecht zur Bezugsebene ausgerichtet und/oder parallel zur Ebene den Läuferanordnungen ausgerichtet.Advantageously, the energy coupling means are symmetrical or substantially symmetrical with respect to the aforementioned plane containing the axis and oriented transversely to the reference plane. This plane is in an advantageous embodiment perpendicular to Aligned reference plane and / or aligned parallel to the plane of the rotor assemblies.

Es kann, darauf wird nachfolgend noch eingegangen, ein gemeinsames Halteelement vorgesehen sein, das die Kolbeneinrichtung mit den Läuferanordnungen verbindet.It may, it will be discussed below, a common holding element may be provided which connects the piston device with the rotor assemblies.

Günstig ist es, wenn das Halteelement eine axiale Erstreckung aufweist, die geringer ist als die axiale Erstreckung der Läuferanordnung. Die Masse der Freikolbenvorrichtung kann dadurch zur Erhöhung des Wirkungsgrades reduziert werden.It is advantageous if the holding element has an axial extent which is smaller than the axial extent of the rotor arrangement. The mass of the free-piston device can thereby be reduced to increase the efficiency.

Nachfolgend wird auf die nähere Ausgestaltung des Halteelementes eingegangen.Below will be discussed on the detailed design of the retaining element.

Als vorteilhaft erweist es sich, wenn das Halteelement mindestens einen radial oder im Wesentlichen radial zur Achse ausgerichteten ersten Abschnitt aufweist, der mit der Kolbeneinrichtung direkt oder indirekt verbunden ist, und mindestens einen im Winkel zu diesem ausgerichteten zweiten Abschnitt, der mit der Läuferanordnung verbunden ist. Die Verbindung der Kolbeneinrichtung mit der Läuferanordnung über ein abgewinkeltes Halteelement verringert die Neigung des Halteelementes zur Resonanz.It proves to be advantageous if the holding element has at least one radially or substantially radially aligned to the first axis portion which is directly or indirectly connected to the piston means, and at least one aligned at an angle to this second portion which is connected to the rotor assembly , The connection of the piston device with the rotor assembly via an angled retaining element reduces the inclination of the retaining element to resonance.

Als vorteilhaft erweist es sich, wenn der erste Abschnitt parallel zur Ebene der Läuferanordnung ausgerichtet ist und wenn der zweite Abschnitt parallel zur Bezugsebene ausgerichtet ist. Der erste und der zweite Abschnitt können auf diese Weise insbesondere einen rechten oder im Wesentlichen rechten Winkel einschließen.It proves to be advantageous if the first section is aligned parallel to the plane of the rotor arrangement and if the second section is aligned parallel to the reference plane. The first and second sections may in this way in particular include a right or substantially right angle.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Halteelement am ersten Abschnitt und zweiten Abschnitt im Querschnitt relativ zur Achse L-förmig ausgebildet, d.h. der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt bilden im Querschnitt die Form eines L.In an advantageous embodiment, the retaining element on the first portion and second portion is formed in cross-section relative to the axis L-shaped, i. the first section and the second section form the shape of an L.

Günstigerweise weist das Halteelement mindestens einen dritten Abschnitt auf, der den ersten Abschnitt, eine mit diesem verbundene Buchse des Halteelementes oder die Kolbeneinrichtung und den zweiten Abschnitt strebenartig miteinander verbindet. Die Buchse kann beispielsweise mit einer Kolbenstange der Kolbeneinrichtung verbunden sein, die durch die Achse hindurchgeführt ist. Die Konstruktion des Halteelementes wird durch den dritten Abschnitt noch robuster, es entsteht insbesondere ein im Querschnitt „fachwerkartiges“ Halteelement.Conveniently, the holding element has at least one third section, which connects the first section, a socket of the holding element connected thereto or the piston device and the second section in the manner of struts. The bush may for example be connected to a piston rod of the piston device, which is passed through the axis. The construction of the retaining element is made even more robust by the third section, in particular a retaining element which is "truss-like" in cross-section.

Günstig ist es, wenn zwei erste Abschnitte und zwei zweite Abschnitte vorgesehen sind, die einander gegenüberliegende Endabschnitte der Läuferanordnung mit der Kolbeneinrichtung verbinden. Es wurde bereits erwähnt, dass vorteilhafterweise über einen Statorabschnitt hinausragende Endabschnitte mit dem Halteelement verbunden sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind insbesondere die zwei zweiten Abschnitte an den Endabschnitten der Läuferanordnung festgelegt, wobei die zweiten Abschnitte über jeweilige erste Abschnitte direkt oder indirekt mit der Kolbeneinrichtung verbunden sind. Beispielsweise weist das Halteelement im Querschnitt an den ersten Abschnitten und zweiten Abschnitten die Form von zwei spiegelbildlich zueinander gebildeten L auf. Zwischen den zweiten Abschnitten ist günstigerweise ein Statorabschnitt der Statoranordnung angeordnet.It is advantageous if two first sections and two second sections are provided, which connect opposite end sections of the rotor arrangement with the piston device. It has already been mentioned that advantageously end sections projecting beyond a stator section are connected to the retaining element. In particular, in the present embodiment, the two second portions are fixed to the end portions of the rotor assembly, the second portions being connected via respective first portions directly or indirectly to the piston means. For example, the retaining element in the cross section at the first portions and second portions in the form of two mirror images of each other formed L on. Conveniently, a stator section of the stator arrangement is arranged between the second sections.

Sind zwei Energiekopplungseinrichtungen vorgesehen, ist es günstig, wenn das Halteelement in sich symmetrisch oder im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der vorstehend genannten Ebene ausgestaltet ist, die quer zur Bezugsebene ausgerichtet ist und die Achse enthält. Dies ermöglicht neben einer einfachen Konstruktion eine Vergleichmäßigung der Krafteinleitung und führt zu einem ruhigeren Lauf der Freikolbenvorrichtung.If two energy coupling devices are provided, it is expedient for the retaining element to be embodied symmetrically or substantially symmetrically with respect to the abovementioned plane, which is oriented transversely to the reference plane and contains the axis. This allows in addition to a simple design equalization of the force and leads to a quieter running of the free-piston device.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Freikolbenvorrichtung, die zwei Energiekopplungseinrichtungen umfasst, ist das Halteelement, zumindest abschnittsweise, im Querschnitt bezüglich der Achse doppel-T-förmig ausgestaltet. „Querstriche“ des T (-) sind vorzugsweise durch jeweilige zweite Abschnitte zum Verbinden des Halteelementes mit einer Läuferanordnung gebildet. Die „senkrechten Striche“ des T (|) sind vorzugsweise durch jeweilige erste Abschnitte des Halteelementes zum direkten oder indirekten Verbinden mit der Kolbeneinrichtung gebildet. Die Querstriche sind vorzugsweise parallel zur Bezugsebene ausgerichtet und senkrecht zur Ebene der Läuferanordnung. Die senkrechten Striche sind vorzugsweise senkrecht zur Bezugsebene ausgerichtet.In an advantageous embodiment of the free-piston device, which comprises two energy coupling devices, the retaining element, at least in sections, configured in cross-section with respect to the axis double-T-shaped. "Transverse" of the T (-) are preferably formed by respective second portions for connecting the holding member with a rotor assembly. The "vertical bars" of the T (|) are preferably formed by respective first portions of the retaining element for direct or indirect connection to the piston device. The transverse lines are preferably aligned parallel to the reference plane and perpendicular to the plane of the rotor assembly. The vertical lines are preferably aligned perpendicular to the reference plane.

Das Halteelement kann zwei Schenkel und eine diese verbindende Brücke umfassen oder ausbilden. Beispielsweise sind die Schenkel die vorstehend genannten zweiten Abschnitte, und die Brücke wird durch die vorstehend genannten ersten Abschnitte gebildet. Die Schenkel sind vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet.The retaining element may comprise or form two legs and a bridge connecting them. For example, the legs are the aforementioned second portions, and the bridge is formed by the aforementioned first portions. The legs are preferably aligned parallel to each other.

Bei Vorhandensein von zwei Energiekopplungseinrichtungen können vier Schenkel vorhanden sein, wobei jeweils zwei Schenkel eine gemeinsame Ebene definieren und über die Brücke von den jeweils anderen beiden Schenkeln beabstandet sind. Es kann eine gemeinsame Brücke vorgesehen sein. Dadurch kann zum Beispiel die vorstehend erwähnte doppel-T-förmige Ausgestaltung des Halteelements erzielt werden.In the presence of two power coupling devices, four legs may be present, with two legs each defining a common plane and being spaced across the bridge from the other two legs. It can be provided a common bridge. Thereby, for example, the above-mentioned double-T-shaped configuration of the holding member can be achieved.

Als günstig erweist es sich, wenn die Freikolbenvorrichtung eine Lagereinrichtung aufweist, über die das Halteelement und/oder die Läuferanordnung an einem den Freikolbenmotor und die mindestens eine Energiekopplungseinrichtung aufnehmenden Gehäuse verschieblich gelagert ist. Dadurch kann ein kompaktes Gehäuse der Freikolbenvorrichtung bereitgestellt werden, deren bewegte Komponenten relativ zum Gehäuse über die Lagereinrichtung gelagert ist. Die Lagereinrichtung kann ein Gleitlager, Rollenlager oder Kugellager sein oder umfassen.It proves to be favorable if the free-piston device has a bearing device via which the retaining element and / or the rotor arrangement is slidably mounted on a free piston engine and the at least one power coupling device receiving housing. As a result, a compact housing of the free-piston device can be provided, the moving components of which are mounted relative to the housing via the bearing device. The bearing device may be or comprise a slide bearing, roller bearing or ball bearing.

Das Halteelement kann von der Kolbeneinrichtung umfasst sein.The holding element can be encompassed by the piston device.

Es kann vorgesehen sein, dass das Halteelement von einer Kolbenstange gebildet ist, die einen Verbrennungskolben mit einem Rückfederkolben, beispielsweise einem Gasfederkolben, verbindet.It can be provided that the holding element is formed by a piston rod which connects a combustion piston with a return spring piston, for example a gas spring piston.

Die Verbindung von Halteelement und Kolbenstange kann einstückig sein. Bei einer andersartigen vorteilhaften Ausführungsform kann das Halteelement getrennt von der Kolbenstange gebildet und mit dieser verbunden sein.The connection of holding element and piston rod may be integral. In another advantageous embodiment, the retaining element can be formed separately from the piston rod and connected to it.

Beispielsweise umfasst oder bildet das Halteelement eine Buchse, durch die die Kolbenstange hindurchgreift.For example, the holding element comprises or forms a bushing, through which engages the piston rod.

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

1: eine schematische perspektivische Teildarstellung einer erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung;
2: eine schematische Darstellung der Freikolbenvorrichtung in Schnittansicht längs der Linie 2-2 in 1; und
3: eine Darstellung entsprechend 2 bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung.

The following description of preferred embodiments of the invention is used in conjunction with the drawings for a more detailed explanation of the invention. Show it:

1 a schematic perspective partial representation of a free piston device according to the invention;
2 FIG. 2: a schematic representation of the free piston device in a sectional view along the line 2-2 in FIG 1 ; and
3 : a representation accordingly 2 in a further advantageous embodiment of the free-piston device according to the invention.

Die 1 und 2 zeigen eine mit dem Bezugszeichen 10 belegte vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung.The 1 and 2 show one with the reference numeral 10 occupied advantageous embodiment of a free piston device according to the invention.

Die Freikolbenvorrichtung 10 umfasst ein nur in 2 dargestelltes Gehäuse 12, das einen Aufnahmeraum 14 bildet. Im Aufnahmeraum 14 ist ein Freikolbenmotor 15 aufgenommen. Der Freikolbenmotor 15 umfasst eine Kolbeneinrichtung 16, die eine Kolbenstange 18, einen Verbrennungskolben 20 und einen Rückfederkolben 22 umfasst. Die Kolbenstange 18 definiert eine Achse 24.The free piston device 10 includes a only in 2 illustrated housing 12 that has a recording room 14 forms. In the recording room 14 is a free-piston engine 15 added. The free-piston engine 15 comprises a piston device 16 holding a piston rod 18 , a combustion piston 20 and a recoil piston 22 includes. The piston rod 18 defines an axis 24 ,

Die Freikolbenvorrichtung 10 umfasst eine Kolbenaufnahme 26, die einen Expansionsraum 28 bildet. Der Verbrennungskolben 20 begrenzt den Expansionsraum 28 an einer Seite mit einer Kolbenfläche 30.The free piston device 10 includes a piston receptacle 26 that has an expansion space 28 forms. The combustion piston 20 limits the expansion space 28 on one side with a piston surface 30 ,

Dem Expansionsraum 28 kann in an sich bekannter Weise über in der Zeichnung nicht dargestellte Leitungen ein zündfähiges Gemisch zugeführt werden, bei dessen Verbrennung das expandierende Medium auf die Kolbenfläche 30 eine Verschiebekraft ausübt. Die Kolbeneinrichtung 16 wird unter Bewegung des Verbrennungskolbens 20 vom oberen Totpunkt zu einem unteren Totpunkt bewegt.The expansion space 28 can be supplied in a conventional manner via lines not shown in the drawing, an ignitable mixture in the combustion of the expanding medium on the piston surface 30 exercises a shifting force. The piston device 16 is under movement of the combustion piston 20 moved from top dead center to bottom dead center.

Eine weitere Kolbenaufnahme 32 ist der Kolbenaufnahme 26 gegenüberliegend angeordnet und dem Rückfederkolben 22 zugeordnet. Der Rückfederkolben 22 ist zum Beispiel ein Gasfederkolben, der mit einer Kolbenfläche 34 einen Rückfederraum 36 an einer Seite begrenzt, in dem ein komprimierbares Gas (oder Gasgemisch) aufgenommen ist. Durch die Bewegung der Kolbeneinrichtung 16 wird das Gas komprimiert, es entsteht dadurch eine Rückfederkraft auf die Kolbeneinrichtung 16, um den Verbrennungskolben 20 wieder vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt zu bewegen. Auf diese Weise umfasst die Freikolbenvorrichtung 10 eine Rückfedereinrichtung 38.Another piston intake 32 is the piston receptacle 26 arranged opposite and the recoil piston 22 assigned. The recoil piston 22 is for example a gas spring piston, with a piston surface 34 a resilience space 36 bounded on a side in which a compressible gas (or gas mixture) is received. By the movement of the piston device 16 If the gas is compressed, this results in a return spring force on the piston device 16 to the combustion piston 20 to move again from bottom dead center to top dead center. In this way, the free piston device comprises 10 a return spring means 38 ,

Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass eine mechanische Rückfedereinrichtung vorgesehen ist.Additionally or alternatively it can be provided that a mechanical return spring device is provided.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Druck des Gases im Rückfederraum 36 in an sich bekannter Weise gesteuert und/oder geregelt wird. Hierzu können an der Kolbenaufnahme 32 beispielsweise in der Zeichnung nicht dargestellte Zufuhrleitungen und/oder Ventile angeordnet sein.In addition, it can be provided that the pressure of the gas in the resilience space 36 controlled and / or regulated in a conventional manner. This can be done on the piston holder 32 For example, be arranged in the drawing, not shown supply lines and / or valves.

Die Freikolbenvorrichtung 10 kann außerdem eine Steuereinrichtung aufweisen zum Steuern der Verbrennung und/oder der Rückfedereinrichtung 38. Außerdem können die nachfolgend genannten Energiekopplungseinrichtungen der Freikolbenvorrichtung 10 von der Steuereinrichtung in an sich bekannter Weise angesteuert werden, um die Bewegung der Kolbeneinrichtung 16 im Betrieb der Freikolbenvorrichtung 10 zu steuern und/oder zu regeln.The free piston device 10 may also include a control device for controlling the combustion and / or the return spring means 38 , In addition, the following energy coupling devices of the free-piston device 10 be controlled by the control device in a conventional manner to the movement of the piston device 16 during operation of the free-piston device 10 to control and / or to regulate.

Die Freikolbenvorrichtung 10 umfasst zwei Energiekopplungseinrichtungen 40, 42, die symmetrisch zueinander bezüglich einer die Achse 24 enthaltenden Symmetrieebene 44 ausgestaltet sind. Für die Komponenten der Energiekopplungseinrichtungen 40, 42 werden identische Bezugszeichen benutzt, und nachfolgend wird im Wesentlichen auf die Energiekopplungseinrichtung 40 eingegangen.The free piston device 10 includes two energy coupling devices 40 . 42 that are symmetrical to each other with respect to one axis 24 containing symmetry plane 44 are designed. For the components of energy coupling devices 40 . 42 identical reference numerals are used, and subsequently essentially to the energy coupling device 40 received.

Die Energiekopplungseinrichtung 40 ist als Lineargenerator 45 ausgestaltet und umfasst eine Läuferanordnung 46, die als Magnetanordnung ausgestaltet ist, sowie eine als Spulenanordnung ausgestaltete Statoranordnung 48. Die Läuferanordnung 46 ist plattenförmig gebildet und definiert eine Ebene 50, die vorliegend bevorzugt parallel zur Symmetrieebene 44 ausgerichtet ist.The energy coupling device 40 is as a linear generator 45 designed and includes a rotor assembly 46 , which is designed as a magnet arrangement, and designed as a coil arrangement stator 48 , The runner arrangement 46 is formed plate-shaped and defines a plane 50 , which in the present case preferably parallel to the plane of symmetry 44 is aligned.

Die Läuferanordnung 46 umfasst axial nebeneinander angeordnete Magnetelemente 52, zwischen denen zur Bündelung des magnetischen Flusses Flussleitelemente angeordnet sein können.The runner arrangement 46 includes axially juxtaposed magnetic elements 52 , between which can be arranged to bundle the magnetic flux flux guide elements.

Die Freikolbenvorrichtung 10 definiert eine Bezugsebene 54. Die Bezugsebene 54 enthält die Achse 24 und ist vorliegend quer und insbesondere senkrecht zur Ebene 50 der Läuferanordnung 46 ausgerichtet. Auch die Symmetrieebene 44 ist quer und insbesondere senkrecht zur Bezugsebene 54 ausgerichtet.The free piston device 10 defines a reference plane 54 , The reference plane 54 contains the axis 24 and is present transversely and in particular perpendicular to the plane 50 the rotor arrangement 46 aligned. Also the symmetry plane 44 is transverse and in particular perpendicular to the reference plane 54 aligned.

Die Läuferanordnung 46 kann gewissermaßen als relativ zur Ebene der Bewegung bei der in der DE 10 2016 109 038 beschriebenen Freikolbenvorrichtung geneigt oder gekippt angesehen werden. Die Bezugsebene 54 kann daher vorliegend daher auch als Ebene der Bewegung bezeichnet werden.The runner arrangement 46 can be said to be relative to the level of movement in the DE 10 2016 109 038 described free piston device can be considered inclined or tilted. The reference plane 54 Therefore, in the present case, it can also be referred to as the plane of movement.

Vorliegend ist die Achse 24 im Abstand zur Ebene 50 der Läuferanordnung 46 positioniert, welche ihrerseits einen Querabstand zur Achse 24 aufweist. Die Bezugsebene 54 schneidet die Läuferanordnung 46 mittig, so dass diese Abschnitte zu beiden Seiten der Bezugsebene 54 aufweist. Insbesondere ist die Läuferanordnung 46 und vorteilhafterweise die Energiekopplungseinrichtung 40 insgesamt in sich symmetrisch bezüglich der Bezugsebene 54 ausgestaltet.The present is the axis 24 in the distance to the plane 50 the rotor arrangement 46 positioned, which in turn is a transverse distance to the axis 24 having. The reference plane 54 cuts the runner arrangement 46 centered, leaving these sections on either side of the reference plane 54 having. In particular, the rotor assembly 46 and advantageously the energy coupling device 40 in total symmetrical with respect to the reference plane 54 designed.

Die Läuferanordnung 46 weist ihre größte Erstreckung parallel zur Achse 24 auf und ihre geringste Erstreckung radial zur Achse 24 in der Bezugsebene 54.The runner arrangement 46 has its greatest extent parallel to the axis 24 on and their smallest extent radially to the axis 24 in the reference plane 54 ,

Die Statoranordnung 48 umfasst zwei Statorabschnitte 56. Die Statorabschnitte 56 sind voneinander beabstandet, wobei die Läuferanordnung 46 zwischen den Statorabschnitten 56 angeordnet ist.The stator arrangement 48 includes two stator sections 56 , The stator sections 56 are spaced apart, wherein the rotor assembly 46 between the stator sections 56 is arranged.

Beide Statorabschnitte 56 sind von plattenförmiger Gestalt und definieren eine parallel zur Ebene der Läuferanordnung 46 ausgerichtete Ebene. Die größte Erstreckung weisen die Statorabschnitte 56 parallel zur Achse 24 auf, die geringste Erstreckung in der Bezugsebene 54 radial zur Achse 24. Die Bezugsebene 54 schneidet die Statorabschnitte 56 jeweils mittig.Both stator sections 56 are of plate-like shape and define one parallel to the plane of the rotor assembly 46 aligned level. The largest extension have the stator sections 56 parallel to the axis 24 on, the smallest extension in the reference plane 54 radial to the axis 24 , The reference plane 54 cuts the stator sections 56 each in the middle.

Die Statorabschnitte 56 umfassen in an sich bekannter Weise in der Zeichnung nicht dargestellte Spulen, die mit den Magnetelementen 52 der Läuferanordnung 46 zusammenwirken.The stator sections 56 comprise in a conventional manner in the drawing, not shown, coils with the magnetic elements 52 the rotor arrangement 46 interact.

Die Läuferanordnung 46 ist mittels eines Halteelementes 58 der Freikolbenvorrichtung 10 fest mit der Kolbeneinrichtung 16 verbunden. Bei einer Bewegung der Kolbeneinrichtung 16 wird die Läuferanordnung 46 zwischen den Statorabschnitten 56 parallel zur Achse 24 verschoben und führt ebenfalls eine Hin- und Herbewegung aus.The runner arrangement 46 is by means of a holding element 58 the free piston device 10 firmly with the piston device 16 connected. During a movement of the piston device 16 becomes the runner arrangement 46 between the stator sections 56 parallel to the axis 24 moved and also performs a float.

Eine Lagereinrichtung 60 ist vorgesehen, über die die Läuferanordnung 46 innenseitig am Gehäuse 12 verschieblich gelagert ist. Die Lagereinrichtung 60 umfasst zum Beispiel Gleitlager, Rollenlager oder Kugellager (2).A storage facility 60 is provided over the the rotor assembly 46 inside on the housing 12 is slidably mounted. The storage facility 60 includes for example slide bearings, roller bearings or ball bearings ( 2 ).

Mit der Energiekopplungseinrichtung 40 kann eine hohe Leistungsdichte erzielt werden. Förderlich hierfür ist die Flachbauweise der Läuferanordnung 46 und der Statorabschnitte 56, so dass die Energiekopplungseinrichtung 40 insgesamt in Flachbauweise ausgeführt ist. Dies gibt die Möglichkeit, mit der Freikolbenvorrichtung 10 eine hohe Leistungsdichte bei zugleich kompakter Bauform zu erzielen. In allen drei Raumrichtungen - axial, senkrecht dazu in der Bezugsebene 54 sowie senkrecht zur Achse 24 in der Symmetrieebene 44 - ist die Freikolbenvorrichtung 10 kompakt gebaut.With the energy coupling device 40 a high power density can be achieved. This is due to the flat design of the rotor assembly 46 and the stator sections 56 so that the energy coupling device 40 Total executed in flat construction. This gives the possibility of using the free piston device 10 to achieve a high power density with a compact design at the same time. In all three spatial directions - axial, perpendicular to it in the reference plane 54 as well as perpendicular to the axis 24 in the plane of symmetry 44 - is the free piston device 10 compact built.

Durch die nachfolgend erläuterte Ausgestaltung des Halteelementes 58 wird ferner eine robuste Konstruktion erzielt.By the below-explained embodiment of the holding element 58 Furthermore, a robust construction is achieved.

Das Halteelement 58 verbindet die Läuferanordnung 46 mit der Kolbeneinrichtung 16 und insbesondere deren Kolbenstange 18. Das Halteelement 58 umfasst eine Buchse 62, durch die hindurch die Kolbenstange 18 geführt ist. Die Buchse 62 ist fest mit der Kolbenstange 18 verbunden.The holding element 58 connects the rotor assembly 46 with the piston device 16 and in particular its piston rod 18 , The holding element 58 includes a socket 62 through which passes the piston rod 18 is guided. The socket 62 is fixed to the piston rod 18 connected.

Weiter umfasst das Halteelement 58 auf einander gegenüberliegenden Seiten der Bezugsebene 54 zwei erste Abschnitte 64, die radial zur Achse 24 ausgerichtet sind und insbesondere in der Symmetrieebene 44 liegen.Furthermore, the holding element comprises 58 on opposite sides of the reference plane 54 two first sections 64 that are radial to the axis 24 are aligned and in particular in the plane of symmetry 44 lie.

Ein jeweiliger erster Abschnitt 64 ist mit einem jeweiligen zweiten Abschnitt 66 verbunden, wobei die Abschnitte 64, 66 abgewinkelt zueinander sind. In einem Querschnitt bezüglich der Achse 24 (2) weisen die Abschnitte 64, 66 gemeinsam die Form eines L auf. Die Abschnitte 66 sind parallel zur Bezugsebene 54 ausgerichtet und verbinden die ersten Abschnitte 64 mit Endabschnitten 68, 70 der Läuferanordnung 46.A respective first section 64 is with a respective second section 66 connected, the sections 64 . 66 are angled to each other. In a cross-section with respect to the axis 24 ( 2 ) have the sections 64 . 66 together form the shape of an L. The sections 66 are parallel to the reference plane 54 aligned and connect the first sections 64 with end sections 68 . 70 the rotor arrangement 46 ,

Die Endabschnitte 68, 70 sind einander gegenüberliegend an der Läuferanordnung 46 angeordnet und ragen über die Statorabschnitte 56 hinaus, in der Ebene der Läuferanordnung 46 und senkrecht zur Bezugsebene 54.The end sections 68 . 70 are opposite each other on the rotor assembly 46 arranged and protrude over the stator sections 56 addition, in the plane of the rotor assembly 46 and perpendicular to the reference plane 54 ,

Auf diese Weise ist die Läuferanordnung 46 an den Endabschnitten 68, 70 mit den zweiten Abschnitten 66 verbunden, die im Abstand zueinander angeordnet sind. Zwischen den zweiten Abschnitten 66 ist einer der Statorabschnitte 56 angeordnet.In this way, the rotor assembly 46 at the end sections 68 . 70 with the second sections 66 connected, which are arranged at a distance from each other. Between the second sections 66 is one of the stator sections 56 arranged.

Die ersten Abschnitte 64 sind mit der Buchse 62 und über diese mittelbar mit der Kolbenstange 18 verbunden.The first sections 64 are with the jack 62 and indirectly via the piston rod 18 connected.

Das Halteelement 58 ist in sich symmetrisch bezüglich der Symmetrieebene 44 ausgestaltet. Beide Energiekopplungseinrichtungen 40, 42 sind mit dem Halteelement 58 verbunden. Im Querschnitt bezüglich der Achse 24 weist das Halteelement 58 dadurch eine doppel-T-förmige Ausgestaltung auf. Die Querstriche (-) des T werden durch die jeweiligen zweiten Abschnitte 66 gebildet, und die senkrechten Striche (|) des T werden durch die ersten Abschnitte 64 gebildet.The holding element 58 is symmetrical with respect to the symmetry plane 44 designed. Both energy coupling devices 40 . 42 are with the retaining element 58 connected. In cross-section with respect to the axis 24 has the retaining element 58 thereby a double-T-shaped configuration. The transverse lines (-) of the T are divided by the respective second sections 66 formed, and the vertical lines (|) of the T are through the first sections 64 educated.

Das Halteelement 58 kann auch als zwei voneinander beabstandete Schenkel 72 umfassend angesehen werden, die über eine Brücke 74 miteinander verbunden sind. Die Schenkel 72 werden vorliegend gebildet durch die Abschnitte 66 parallel zur Bezugsebene 54. Die Brücke 74 kann vorliegend als durch die ersten Abschnitte 64 und die Buchse 62 gebildet angesehen werden. Es ist eine gemeinsame Brücke 74 für die Schenkel 72 vorgesehen, die die Läuferanordnungen 46 beider Energiekopplungseinrichtungen 40, 42 mit der Kolbenstange 18 verbinden.The holding element 58 can also be considered as two spaced legs 72 be comprehensively viewed over a bridge 74 connected to each other. The thigh 72 are formed here by the sections 66 parallel to the reference plane 54 , The bridge 74 can be present as through the first sections 64 and the socket 62 be formed formed. It is a common bridge 74 for the thighs 72 provided, the rotor assemblies 46 of both energy coupling devices 40 . 42 with the piston rod 18 connect.

In axialer Richtung erstreckt sich das Halteelement 58 zur Gewichtsersparnis nur längs eines Abschnittes der Erstreckung der Energiekopplungseinrichtung 40. Beispielsweise beträgt die axiale Erstreckung des Halteelementes 58 ungefähr ein Fünftel bis ungefähr ein Drittel der Erstreckung der Läuferanordnung 46.In the axial direction, the holding element extends 58 for weight saving only along a portion of the extension of the energy coupling device 40 , For example, the axial extent of the holding element 58 about one fifth to about one third of the extent of the rotor assembly 46 ,

Bei der Freikolbenvorrichtung 10 kann durch die Anordnung der Energiekopplungseinrichtungen 40, 42 und die Gestalt des Halteelementes 58 eine robuste Konstruktion erzielt werden. Es besteht eine hohe Torsionssteifigkeit in der Bezugsebene 54, verbunden mit einem erhöhten Widerstandsmoment. Resonanzschwingungen treten bis deutlich oberhalb der üblichen Betriebsfrequenzen der Freikolbenvorrichtung 10 nicht auf.In the free piston device 10 can by the arrangement of energy coupling devices 40 . 42 and the shape of the holding element 58 a robust construction can be achieved. There is a high torsional rigidity in the reference plane 54 , combined with an increased resistance moment. Resonant vibrations occur well above the usual operating frequencies of the free-piston device 10 not up.

3 zeigt in einer der 2 entsprechenden Weise eine schematische Schnittansicht einer mit dem Bezugszeichen 80 belegten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Freikolbenvorrichtung. Für gleiche oder gleichwirkenden Merkmale und Bauteile der Freikolbenvorrichtungen 10 und 80 werden identische Bezugszeichen benutzt. Die mit der Freikolbenvorrichtung 10 erzielbaren Vorteile werden auch bei der Freikolbenvorrichtung 80 erzielt. 3 shows in one of the 2 corresponding manner, a schematic sectional view of a reference numeral 80 occupied embodiment of a free-piston device according to the invention. For the same or equivalent features and components of the free-piston devices 10 and 80 identical reference numerals are used. The with the free piston device 10 achievable advantages are also in the free-piston device 80 achieved.

Bei der Freikolbenvorrichtung 80 weist das Halteelement 58 eine noch robustere Konstruktion auf.In the free piston device 80 has the retaining element 58 an even more robust construction.

Zusätzlich zu den ersten Abschnitten 64 und den zweiten Abschnitten 66 sind dritte Abschnitte 82 vorgesehen. Die dritten Abschnitte 82 sind strebenförmig ausgestaltet und verbinden die Buchse 62 mit den zweiten Abschnitten 66. Die dritten Abschnitte 82 verlaufen vorzugsweise in radialer Richtung bezüglich der Achse 24. Zusätzlich zur Doppel-T-Form ist das Halteelement 58, im Querschnitt bezüglich der Achse 24, auf diese Weise abschnittsweise X-förmig ausgebildet.In addition to the first sections 64 and the second sections 66 are third sections 82 intended. The third sections 82 are strut-shaped and connect the socket 62 with the second sections 66 , The third sections 82 preferably run in the radial direction with respect to the axis 24 , In addition to the double T-shape is the retaining element 58 , in cross-section with respect to the axis 24 formed in this way in sections X-shaped.

Dritte Abschnitte könnten ferner vorgesehen sein, um die ersten Abschnitte 64 mit den zweiten Abschnitten 66 zu verbinden. Beispielsweise bei integraler Fertigung des Halteelementes 58 mit der Kolbenstange 18 könnten dritte Abschnitte die Kolbenstange 18 mit den zweiten Abschnitten verbinden.Third sections could also be provided to the first sections 64 with the second sections 66 connect to. For example, in integral production of the holding element 58 with the piston rod 18 Third sections could be the piston rod 18 connect to the second sections.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: FreikolbenvorrichtungFree-piston device
1212: Gehäusecasing
1414: Aufnahmeraumaccommodation space
1515: FreikolbenmotorFree piston engine
1616: Kolbeneinrichtungpiston device
1818: Kolbenstangepiston rod
2020: Verbrennungskolbencombustion piston
2222: RückfederkolbenRear spring piston
2424: Achseaxis
2626: Kolbenaufnahmepiston receiving
2828: Expansionsraumexpansion space
3030: Kolbenflächepiston area
3232: Kolbenaufnahmepiston receiving
3434: Kolbenflächepiston area
3636: RückfederraumResilience space
3838: RückfedereinrichtungReturn spring means
4040: EnergiekopplungseinrichtungEnergy coupling device
4242: EnergiekopplungseinrichtungEnergy coupling device
4444: Symmetrieebeneplane of symmetry
4545: Lineargeneratorlinear generator
4646: Läuferanordnungrotor assembly
4848: Statoranordnungstator
50 50: Ebenelevel
5252: Magnetelementmagnetic element
5454: Bezugsebenereference plane
5656: Statorabschnittstator
5858: Halteelementretaining element
6060: LagereinrichtungStorage facility
6262: BuchseRifle
6464: erster Abschnittfirst section
6666: zweiter Abschnittsecond part
6868: Endabschnittend
7070: Endabschnittend
7272: Schenkelleg
7474: Brückebridge
8080: FreikolbenvorrichtungFree-piston device
8282: dritter Abschnittthird section

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102006029532 A1 [0002]
DE 10242141 A1 [0003]
DE 102016109038 [0004, 0007, 0055]

Claims

A free piston device comprising a free piston engine (15) having piston means (16) defining an axle (24) which is subject to the expansion of a medium in an expansion space (28) bounded by a piston (20) of the piston means (16) and at least one energy coupling device (40, 42) which has a stator arrangement (48) and a rotor arrangement (46) connected to the piston device (16) via a retaining element (58) wherein the rotor assembly (46) is plate-shaped or substantially plate-shaped and defines a plane (50), characterized by a positioning of the axis (24) at a transverse distance to the plane (50) of the rotor assembly (46), wherein the axis (24 ) is oriented transversely to the plane (50) of the rotor assembly (46).

Free piston device after Claim 1 , characterized in that the reference plane (54) is oriented perpendicular or substantially perpendicular to the plane (50) of the rotor assembly (46).

Free piston device after Claim 1 or 2 , characterized in that the reference plane (54) intersects the rotor assembly (46) centrally or substantially centrally, in particular that the rotor assembly (46) in itself symmetrically or substantially symmetrically with respect to the reference plane (54) is configured.

Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one energy coupling device (40, 42) is designed electromagnetically, wherein the rotor assembly (46) is a magnet assembly and the stator assembly (48) is or comprises a coil assembly.

Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the stator arrangement (48) comprises at least one stator section (56) which is plate-shaped or substantially plate-shaped and arranged parallel to the rotor arrangement (46).

Free piston device after Claim 5 characterized in that the stator assembly (48) comprises two stator sections (56) between which the rotor assembly (46) is positioned.

Free piston device after Claim 5 or 6 , characterized in that the rotor arrangement (46) in the plane defined by it (50) and transversely to the reference plane (54) with at least one end portion (68, 70) projects beyond a stator portion (56) and that the holding element (58) the end portion (68, 70) is connected.

Free piston device after Claim 7 , characterized in that the rotor assembly (46) with two end portions (68, 70) on opposite sides beyond the stator portion (56) protrudes, wherein the end portions (68, 70) are connected to the holding element (58).

Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the free-piston device (10, 80) comprises two energy-coupling devices (40, 42).

Free piston device after Claim 9 characterized in that the energy coupling means (40, 42) are disposed opposite each other with respect to a plane (44) aligned transversely of the reference plane (54) and containing the axis (24), in particular that the energy coupling means (40, 42) are symmetrical or substantially symmetrical with respect to the first-mentioned plane (44).

Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the holding element (58) has at least one radially or substantially radially aligned to the first axis portion (64) which is connected to the piston means (16), and at least one at an angle thereto aligned second portion (66) connected to the rotor assembly (46).

Free piston device after Claim 11 characterized in that the first portion (64) is aligned parallel to the plane (50) of the rotor assembly (46) and that the second portion (66) is aligned parallel to the reference plane (54), preferably that the retaining member (58) is aligned with the first Section (64) and second portion (66) in cross-section L-shaped.

Free piston device after Claim 11 or 12 , characterized in that the retaining element (58) has at least one third section (82), the first portion (64), a connected thereto jack (62) or the piston means (16) and the second portion (66) strut-like with each other combines.

Free piston device according to one of Claims 11 to 13 , characterized in that two first sections (64) and two second sections (66) are provided, which connect opposite end sections (68, 70) of the rotor arrangement (46) with the piston device (16).

Free piston device according to one of Claims 11 to 14 combined with Claim 9 or 10 , characterized in that the holding element (58) in itself symmetrically or substantially symmetrically with respect to the first-mentioned plane (44) is configured.

Free piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the holding element (58), at least in sections, in cross-section double-T-shaped configuration.

Free piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the free piston device (10; 80) has a bearing device (60) via which the retaining element (58) and / or the rotor assembly (46) on a free piston engine (15) and the at least an energy coupling device (40, 42) accommodating housing (12) is displaceably mounted.

Free-piston device according to one of the preceding claims, characterized in that the holding element (58) is connected to a piston rod (18) of the piston device (16).

Free piston device after Claim 18 , characterized in that the holding element (58) comprises or forms a bush (62) through which the piston rod (16) engages.