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Die Erfindung bezieht sich auf einen Freikolbengenerator zur Erzeugung einer elektrischen Energie durch Induktion, bestehend im Wesentlichen aus mindestens einem Zylinderraum, der durch eine Zylinderwandung begrenzt ist, wobei in dem Zylinderraum in dem ein Kolben, längsverschieblich gelagert auf einer Kolbenstange in und gegen die Pfeilrichtung sich bewegt, wobei der Kolben mit mindestens einem Magnetelement und die Zylinderraum mit mindestens einer Spule versehen ist.
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Definitionen
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Der Stelzer Motor ist ein Freikolbenmotor mit zwei Zylindern. Er besteht aus nur wenigen Teilen und besitzt nur ein bewegliches Teil, einen Stufenkolben. Die Anzahl der feststehenden Gehäuseblöcke ist namensprägend für die 7er, 5er oder 3er Reihe. Der Stufenkolben besteht aus zwei fest an der Zylinderstange befestigten Kolben und einem ebenfalls feststehenden Mittelteil. Der bewegliche Stufenkolben ist frei fliegend. Die Kolbenenden können über den Zylinderblock hinaus schwingen. Im Gehäuse befinden sich zwei Brennräume (mit Zündkerzen) und zwei Vorvierdichtungskammern. Die schwingenden Kolben öffnen und schliessen die Ein- und Auslassschlitze sowie die Überstromkanäle. Die Kolben schwingen zwischen 1.000 bis 20.000mal pro Minute hin- und her. Die Zuführung des Kraftstoffes erfolgt über einen Unterdruck-Vergaser bzw. eine Einspritz-Pumpe. Über die Kraftstoffzuführung wird die Motor-Leistung gesteuert. Die Grenze liegt beim Abriss der Gaszuführung. Ist der „Stelzer“-Motor einmal gestartet (Elektrostarter), bleibt die Funktion so lange Kraftstoff zugeführt wird praktisch im optimalen Dauerlauf. Der Stelzermotor wird auch „Motor ohne Mechanik“ genannt. Der Stufenkolben kann für die verschiedenen Anwendungen unterschiedlich gestaltet sein und dient damit gleich als Aggregat. Um Fluide zu transportieren kann er durchbohrt sein. Das Medium wird durch die Bohrung hindurch transportiert. Bei hohen Schwingungszahlen sind keine Ventile nötig.
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Indem der Kolben kinematisch mit einem Stromgenerator zur Stromerzeugung gekoppelt wird, ist die Anwendung als Stromgenerator möglich. Dabei enthält die Generatorvariante im Unterschied zur Motorvariante einen elektrischen Lineargenerator, der mittels eines über den Kolben geführten und radial wirkenden Magnetfeldes Strom in eine Generatorspule induziert.
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Stand der Technik
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In der Technik, beispielsweise der
DE 508 725 , sind bisher Zweitakt-Freikolbenmotoren und -generatoren bekannt, die über einen zentrales Pleuel beide Kolben miteinander verbinden, wobei auf dem verbindenden Pleuel ein Magnet mit radial wirkendem Magnetfeld angebracht ist, das in den Kolben eingelassene umgebende Spule Strom induziert. Die Zuführung des Kraftstoff-Luftgemisches erfolgt dabei entweder über einen aktiven Ventiltrieb oder über das in der Technik für Zeitaktmotoren bekannte „Überspülverfahren“. Aus dem Magnetfeld erzeugenden Läuferblock erfolgt die Krafteinwirkung in die stromerzeugende Spule per Druckkraft (bekannt als Linear Combustion Engine).
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Wesen all dieser Freikolbenmotoren ist, dass ihre jeweiligen Kolben eine translatorische, lineare, oszillierende Bewegung in ihrem Zylinder ausführen, dass sie keine Pleuelstange mit anzutreibender Kurbelwelle haben, sodass ihre Kolben mit geringer zu beschleunigender Masse ausgestattet sind, was hohe Verdichtung und somit einen hohen Wirkungsgrad fördert und dass sie bei für die Erzeugung elektrischer Energie einen durch ihren Kolben bewegten radial wirkenden Permanentmagneten oder ein Magnetfeld erzeugende Läuferspule enthalten, die per Lorentzkraft Strom in eine Generatorspule induziert. Damit ein Freikolbenmotor starten kann, muss dieser über einen separaten Starter in Bewegung versetzt werden. Der weitere Antrieb erfolgt durch die Zuführung des Kraftstoff-Luftgemisches und dessen Verbrennung.
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Nachteile des Standes der Technik
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Für die Herstellung von Strom wird die Verbrennung von fossilen Brennstoffen ausgenutzt. Dies führt zu einer Umweltbelastung. Zudem werden durch die Verbrennung und die dabei freigesetzte Wärme die Eigenschaften der magnetischen Materialien verändert, in der Regel sogar verschlechtert.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Prinzip des Freikolbenmotors hinsichtlich seiner möglichen Verbrennung umweltfreundlicher zu gestalten.
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Lösung der Aufgabe
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Die Lösung der Aufgabe besteht in den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteile der Erfindung
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Ein erfindungsgemässer Freikolbenmotor ist als Freikolbengenerator ausgebildet und besteht in seiner Grundausführung aus einem geschlossenen Zylinderraum, innerhalb dessen auf einer Kolbenstande ein Kolben verschieblich gelagert ist. Der Grundgedanke der Erfindung ist es, dass die jeweiligen Kolben des Freikolbengenerators passiv, d.h. ohne Verbrennung von fossilen Brennstoffen bewegt werden. Innerhalb des Zylinderraums ist der Kolben geführt und kann sich durch die auf ihn wirkende äussere Kraft innerhalb des Zylinderraums hin und her bewegen. Durch eine magnetische Induktion des Kolbens in Zusammenwirken mit einer am Zylinderraum angeordneten Spule wird Strom gewonnen, der an einer Schnittstelle abgegriffen und einem Speichermedium oder einem Verbraucher zugeführt wird.
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Vorteilhafterweise wird dies dadurch erreicht, dass die jeweiligen Freikolbengeneratoren um eine Achse durch geeignete Mittel gedreht werden.
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Eine besondere Ausgestaltung liegt vor, wenn mehrere Freikolbengeneratoren sich um ihre jeweiligen eigenen Achsen drehen und diese eigenen Drehungen von einer weiteren übergeordneten Drehung überlagert werden. Als Anwendung kann eine Anordnung an einem Rad gesehen werden, wobei sternförmig von einer Nullposition zur Achsmitte des Rads die jeweiligen Freikolbengeneratoren angeordnet sind. Das Rad wird zusätzlich als Ganzes gedreht. Durch die auftretende Zentrifugalkraft des drehenden Rades gelangen die jeweiligen Kolben der Freikolbengeneratoren nach aussen. Sind diese aussen angelangt, wird der jeweilige Freikolbengenerator zwangsbewegt. Die Drehung wird durch eine Kopplung an die Achse des Rads erreicht. Dadurch werden die jeweiligen Kolben hin - und herbewegt und Strom wird in die entsprechend vorgesehene Induktionsvorrichtung, die in jedem Freikolbengenerator vorhanden ist, induziert.
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Dabei können die Kolben als Doppelfreikolben ausgelegt sein, so dass eine gleichmässige Bewegung erfolgt. Ferner ist vorgesehen, mehrere solcher erfindungsgemässen Freikolbengeneratoren parallel anzuordnen und vergleichsweise wie Batterien und Akkumulatoren in Reihe oder Serie zu schalten.
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Weitere Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Zeichnungen hervor.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1 [A-B] eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Freikolbengenerators;
- 2 [A-B] eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Freikolbengenerators;
- 3 [A-B] eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Freikolbengenerators;
- 4 eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiels des ersten Ausführungsbeispiels des Freikolbengenerators;
- 5 eine Ansicht auf das dritte Ausführungsbeispiel gemäss 4;
- 6 eine schematische Darstellung eines Anwendungsbeispiels des abgewandelten ersten Ausführungsbeispiels des Freikolbengenerators;
- 7 eine schematische Darstellung einer Implementierung des in 6 dargestellten Anwendungsbeispiels.
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Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
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In den 1A und 1B ist die Grundidee des erfindungsgemässen Freikolbengenerator 1 dargestellt. Dieser Freikolbengenerator 1 umfasst einen Zylinderraum 2, in dem ein Kolben 3, längsverschieblich gelagert auf einer Kolbenstange 4 in und gegen die Pfeilrichtung 5 sich bewegen kann.
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Der Zylinderraum 2 wird durch eine Zylinderwandung 6 umgeben. In definierten Bereichen der Zylinderwandung 6 sind Spulen 7 angeordnet, die an einer Schnittstelle 8 zusammengeführt werden. Der Kolben 3 weist auf seinem Umfang Magnetelemente 9 auf. Diese Magnetelemente 9 können Permanent- oder Elektromagnete sein.
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Durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens 3, in den 1A und 1B jeweils eine mögliche Stellung des Kolbens 3 gezeigt, wird in die Spule 7 durch das von den Magnetelementen 9 erzeugte Magnetfeld Strom induziert.
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Damit sich die Kolben 3 in und gegen die Pfeilrichtung 5 bewegen, ist die Lagerung der Freikolbengenerator 1 auf einer Achse 10 vorgesehen. Diese Lagerung erlaubt, den Freikolbengenerator 1 in und gegen die Drehpfeilrichtung 11 zu verdrehen.
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Der Zylinderraum 2 ist durch den Kolben 3 in zwei Bereiche unterteilt. Damit die durch den Kolben 3 verdichtete Luft auch zumindest teilweise entweichen kann, weisen die jeweiligen Bereiche mindestens ein Ventil 12 auf. Bewegt sich der Kolben 3 auf das Ventil 12 zu, so schliesst dieses, wohingegen das weitere Ventil 12 sich öffnet, da sich der Kolben 3 von diesem wegbewegt. Die Luft kann dann in dem einen Bereich entweichen, in dem anderen Bereich wird sie verdichtet. Als vorteilhafter Nebeneffekt dient die verdichtete Luft auch als Luftpolster für den Kolben 3.
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In den 2A und 2B ist eine Abwandlung der Grundidee des erfindungsgemässen Freikolbengenerator 101 gemäss 1 dargestellt. Dieser Freikolbengenerator 101 umfasst einen ersten Zylinderraum 102a, in dem ein erster Kolben 103a, längsverschieblich gelagert auf einer Kolbenstange 104 in und gegen die Pfeilrichtung 105 sich bewegen kann. Er weist zusätzlich einen zweiten Zylinderraum 102b mit einem zweiten Kolben 103b auf, wobei auch der zweite Kolben 103b mit der Kolbenstange 104 gekoppelt ist.
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Der erste Zylinderraum 102a wird durch eine Zylinderwandung 106 umgeben. In definierten Bereichen der Zylinderwandung 106 sind Spulen 107 angeordnet, die an einer Schnittstelle108 zusammengeführt werden. Der erste Kolben 103a weist auf seinem Umfang Magnetelemente 109 auf. Diese Magnetelemente 109 können Permanent- oder Elektromagnete sein.
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Durch die Hin- und Herbewegung der gekoppelten Kolbens 103, in den 2A und 2B jeweils eine mögliche Stellung der Kolbens 103 gezeigt, wird in die Spule 107 durch das von den Magnetelementen 109 erzeugte Magnetfeld Strom induziert.
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Damit sich die Kolben 103 in und gegen die Pfeilrichtung 105 bewegen, ist der Freikolbengenerator 101 auf einer Achse 110 gelagert. Diese Lagerung erlaubt, den Freikolbengenerator 101 in und gegen die Drehpfeilrichtung 111 zu verdrehen.
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Der Zylinderraum 102 ist durch den Kolben 103 in zwei Bereiche unterteilt. Damit die durch den Kolben 103 verdichtete Luft auch zumindest teilweise entweichen kann, weisen die jeweiligen Bereiche mindestens ein Ventil 112 auf. Bewegt sich der Kolben 103 auf das Ventil 112 zu, so schliesst dieses, wohingegen das weitere Ventil 112 sich öffnet, da sich der Kolben 103 von diesem wegbewegt. Die Luft kann dann in dem einen Bereich entweichen, in dem anderen Bereich wird sie verdichtet. Als vorteilhafter Nebeneffekt dient die verdichtete Luft auch als Luftpolster für den Kolben 103.
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In den 3A und 3B ist eine weitere Abwandlung der Grundidee des erfindungsgemässen Freikolbengenerator 201 gemäss 1 dargestellt. Dieser Freikolbengenerator 201 umfasst einen ersten Zylinderraum 202a, in dem ein erster Kolben 203a, längsverschieblich gelagert auf einer Kolbenstange 204 in und gegen die Pfeilrichtung 205 sich bewegen kann. Zwischen den beiden Zylinderräumen 202a, 202b ist ein dritter Zylinderraum 202c mit einem weiteren Kolben 203c vorgesehen. Er weist zusätzlich einen zweiten Zylinderraum 202b mit einem zweiten Kolben 203b auf, wobei auch der zweite Kolben 203b mit der gemeinsamen Kolbenstange 204 gekoppelt ist.
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Der erste Zylinderraum 202a wird durch eine Zylinderwandung 206 umgeben. In definierten Bereichen der Zylinderwandung 206 sind Spulen 207 angeordnet, die an einer Schnittstelle 208 zusammengeführt werden. Der erste Kolben 203a weist auf seinem Umfang Magnetelemente 209 auf. Diese Magnetelemente 209 können Permanent- oder Elektromagnete sein.
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Durch die Hin- und Herbewegung der gekoppelten Kolben 203, in den 3A und 3B jeweils eine mögliche Stellung der Kolbens 203 gezeigt, wird in die Spule 207 durch das von den Magnetelementen 209 erzeugte Magnetfeld Strom induziert.
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Damit sich die Kolben 203 in und gegen die Pfeilrichtung 205 bewegen, ist der Freikolbengenerator 201 auf einer Achse 210 gelagert. Diese Lagerung erlaubt, den Freikolbengenerator 210 sich in und gegen die Drehpfeilrichtung 211 zu verdrehen.
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Die Zylinderräume 202 sind durch den Kolben 203 in zwei Bereiche unterteilt. Damit die durch den Kolben 203 verdichtete Luft auch zumindest teilweise entweichen kann, weisen die jeweiligen Bereiche mindestens ein Ventil 212 auf. Bewegt sich der Kolben 203 auf das Ventil 212 zu, so schliesst dieses, wohingegen das weitere Ventil 212 sich öffnet, da sich der Kolben 203 von diesem wegbewegt. Die Luft kann dann in dem einen Bereich zumindest teilweise entweichen, in dem anderen Bereich wird sie verdichtet. Als vorteilhafter Nebeneffekt dient die verdichtete Luft auch als Luftpolster für den Kolben 203.
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In 4 ist ein Anwendungsbeispiel gezeigt. Es sind drei Freikolbengeneratoren 1 gemäss dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt. Diese sind, wie in 5 zusätzlich dargestellt, sternförmig angeordnet. Diese Freikolbengeneratoren 1 drehen sich um eine definierte Achse 10 in oder gegen die Drehpfeilrichtung 11. Dieser Drehung wird eine beliebig ausgebildete weitere Drehung entlang einer Achse 13 in und gegen die Drehpfeilrichtung 14. Durch die mittelbare oder unmittelbare Kopplung der jeweiligen Freikolbengeneratoren mit dieser weiteren Achse 13 werden die Kolben 3 in und gegen die Pfeilrichtung 5 bewegt, so dass hier Strom induziert wird.
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In 6 ist ein weiteres Anwendungsbeispiel gezeigt. Es sind drei Freikolbengeneratoren 301, wobei sich die hier dargestellten Freikolbengeneratoren 301 von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheiden, dass die einen wesentlich längeren Kolben 303 mit länger angelegten Magnetelementen 309 sowie einer breitere Fläche, die mit der Spule 307 ausgelegt ist, aufweisen.
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Diese Freikolbengeneratoren sind in einer Ausgangsstellung sternförmig angeordnet. Diese Freikolbengeneratoren 301 drehen sich um eine definierte Achse 310 in oder gegen die Drehpfeilrichtung 311. Dieser Drehung wird eine weitere Drehung entlang einer Achse 313 in und gegen die Drehpfeilrichtung 314 überlagert. Durch die mittelbare oder unmittelbare Kopplung der jeweiligen Freikolbengeneratoren mit dieser weiteren Achse 313 werden die Kolben 303 in und gegen die Pfeilrichtung 315 bewegt, so dass hier Strom induziert wird.
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In 7 ist ein Anwendungsbeispiel der Ausführung gemäss 6 an einem Rad R an einem Auto A gezeigt. Die weitere Achse 313 entspricht der Achse des Rads R und die Drehrichtung in Pfeilrichtung des Pfeils 314 der Drehung des Rads R, wenn das Auto fährt.
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Mit dem Freikolbengenerator ist das Prinzip des Freikolbenmotors mit zusätzlichem Lineargenerator noch weiter vereinfacht worden und benötigt im Gegensatz zu dem bisherigen Stand der Technik keine Verbrennungsenergie.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 101, 201, 301
- Freikolbengenerator
- 2, 102a, 102b, 202a, 202b, 202c, 302
- Zylinderraum
- 3, 103a, 103b, 203a, 203b, 203c, 303
- Kolben
- 4, 104, 204, 304
- Kolbenstange
- 5, 105, 205, 305
- Pfeilrichtung
- 6, 106, 206
- Zylinderwandung
- 7, 107, 207, 307
- Spulen
- 8, 108, 208
- Schnittstelle
- 9, 109, 209, 309
- Magnetelemente
- 10, 110, 210, 310
- Achse
- 11, 111, 211, 311
- Drehpfeilrichtung
- 12, 112, 212
- Ventil
- 13, 113, 213, 313
- Achse
- 14, 114, 214, 314
- Drehpfeilrichtung
- A
- Auto
- R
- Rad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 508725 [0004]
- DE 102009040051 B4 [0005]
- DE 3342183 A1 [0005]
- DE 10257943 A1 [0005]
- DE 19537055 A1 [0005]
- DE 19911669 A1 [0005]
- DE 102006059557 A1 [0005]
- US 2006/0196456 A1 [0005]
