DE10216190C1 - 2-Zyklen-Heißgasmotor mit magnetischem Antrieb des Kompressionskolbens - Google Patents
2-Zyklen-Heißgasmotor mit magnetischem Antrieb des KompressionskolbensInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen doppelt wirkenden 2-Zyklen-Heißgasmotor, bei dem der Kompressionskolben von innen magnetisch angetrieben wird. Diese Anmeldung ist Zusatz zum Patent 10153772.
Description
Die Erfindung beschreibt erstmalig für einen doppelt wirkenden 2-Zyklen-Heißgasmotor
dessen beide Kolben (einer zur Expansion und einer zur Kompression) in Reihe fluchtend
hintereinander arbeiten, einen magnetischen Antrieb des Kompressionskolbens.
Bereits in dem Hauptpatent 101 53 772 wurde ein Motor beschrieben, bei dem die Kolbenstange
des Expansionskolbens durch den Kompressionskolben verläuft und auf ihr ein Pufferkolben
zum Antrieb des Kompressionskolbens befestigt ist (Abb. 2 in 101 53 772).
Die Funktion des Antriebes des Kompressionskolbens über einen Pufferkolben lässt sich
alternativ über einen ringförmigen Magneten oder mehrere Stab-Magnete (21) in einer
ringförmigen Trommel realisieren. Der ringförmige Magnet oder die Trommel mit den Stab-
Magneten ist auf der Kolbenstange (8) befestigt und nähert sich beim Motorlauf abwechselnd
den beiden äußeren Magneten (20). Diese äußeren Magnete lassen sich auch als
ringförmige Magnete oder ringförmig angeordnete Stab-Magnete in einer Trommel
ausführen. Die Abstoßungskraft zwischen den Magnetanordnungen (20) und (21) bewegt
dann den Kompressionskolben (4) in beide Kolbenlaufrichtungen. Die Magnete (20) sind in
den kreisförmigen beiden Kolbenbegrenzungsflächen des Kompressionskolbens (4) in Flucht
mit dem Magneten (21) befestigt.
Die Kolbenstange (8) sollte nichtmagnetisch und elektrisch schlecht leitend zur Vermeidung
von Wirbelströmen sein. Geeignet dafür ist V4A-Stahl.
Die kreisförmigen Zylinderbegrenzungsflächen (6) und (7) besitzen an den Seiten, die dem
Kompressionskolben (4) zugewandt sind, in Flucht mit dem Magneten (21) je einen
ringförmigen Magneten oder eine Trommel mit Stab-Magneten (19). Diese Magnete
verhindern den Anschlag des Freikolbens (4) an die Zylinderbegrenzungsflächen (6) und (7).
Alle Magnete sind an ihren Polen mit scheibenförmigen Polplatten (22a) und (22b) begrenzt.
Beim Einsatz von Magnettrommeln mit ringförmig angeordneten Stab-Magneten sind diese
so gegen Herausfallen gesichert. Die Polplatten (22a) kennzeichnen die eine Polart und die
Polplatten (22b) die andere Polart.
Das jeweils mittlere Loch der Magnettrommeln (19) und (20) beinhaltet die Dichtungen (16),
(17) und (18), die die Kolbenstange (8) umschließen und die beiden Zyklen gegeneinander
abgrenzen.
Die Bewegung des Expansionskolbens (3) und seiner Kolbenstange (8) mit der
Magnetanordnung (21) ist wegen der mechanischen Kurbelwellenverbindung in der
Amplitude fixiert. Die Magnetanordnung (21) kann demzufolge den Hubweg (S1)
zurücklegen. Dabei nähert sie sich abwechselnd den beiden äußeren Magnetanordnungen
(20). Durch die gleichpolige magnetische Abstoßung wird der Kompressionskolben (4) mit
Phasenversatz im Richtungssinn des Expansionskolbens (3) angetrieben.
Bei vorgegebenem Hubweg (S1) des Expansionskolbens (3) erhält die Erfindung sinnvolle
Ausbildungen dadurch, dass über die Veränderung der hohlen Länge des Kompressions
kolbens (4) und des Zylinders (2) der Weg (S1) größer, gleich oder kleiner als der Hubweg
(S2) des Kompressionskolbens (4) ist.
Der beschriebene Motor lässt sich sehr kompakt aufbauen und mit zylinderförmigen
Regeneratoren und Kühlern bestücken. Die Kühler beinhalten in ihren zylindrischen Mänteln
Rohrbündelwärmeübertrager. Für kleine Leistungen lassen sich die Erhitzer als spiralförmige
Einrohrerhitzer oder als zylindrische Spaltrohrerhitzer ausführen. Damit besteht die
Möglichkeit, mit einem Brenner der innerhalb der hintereinander liegenden zwei Erhitzer (27)
und (28) angeordnet ist, die Gasräume beider Zyklen zu erhitzen.
Die Erfindung erhält eine sinnvolle Ausbildung dadurch, dass die Mittelachsen der Kühler
(23) und (24) senkrecht oder annähernd senkrecht auf der Mittelachse des
Kompressionszylinders (2) stehen. Dabei nehmen die Mittelachsen der Kühler zueinander
eine V-Form ein. Die Kühler können in der V-Anordnung auch als 90°-Krümmer ausgeführt
werden.
Die Erfindung erhält eine sinnvolle Ausbildung dadurch, dass die Mittelachsen der
Regeneratoren (25) und (26) parallel oder annähernd parallel zur Mittelachse des
Kompressionszylinders (2) verlaufen.
Die Erfindung erhält eine sinnvolle Ausbildung dadurch, dass die Erhitzer in Reihe
hintereinander liegen und eine gemeinsame Mittelachse ausbilden, die parallel oder
annähernd parallel zur Mittelachse der Zylinder (1) und (2) verläuft.
Durch den direkten Antrieb des Kompressionskolbens (4) über den Expansionskolben (3)
unter Umgehung des Getriebes kann an der Kolbenstange des Expansionskolbens die
Netto-Arbeit abgenommen werden.
Über Magnetanordnungen im Kompressionskolben (4) lässt sich der notwendige Phasen
versatz zwischen Expansionskolben (3) und Kompressionskolben (4) besser realisieren als
mit einem Pufferkolben im Kompressionskolben, da erst bei geringem Abstand zwischen
zwei sich abstoßenden Magneten die Abstoßungskraft so hoch wird, dass die Bewegung des
Kompressionskolbens (4) eintritt. Man kann sich für notwendige Kompressionsdrücke
entsprechend starke Magnete auswählen und vermeidet die Abhängigkeit des
Pufferraumdruckes vom Arbeitsgasdruck.
Weiterhin fällt mit dem Ersatz des Pufferkolbens durch einen Magneten die Abdichtung des
Pufferkolbens im Kompressionskolben weg.
Die beschriebene Anordnung der Kühler, Regeneratoren und Erhitzer gewährleistet einen
äußerst kompakten Motor mit geringem Totvolumen.
1
Expansionszylinder
2
Kompressionszylinder
3
Expansionskolben
4
Kompressionskolben
5
Begrenzungsfläche des Expansionszylinders
6
Gemeinsame Begrenzungsfläche vom Expansions- und Kompressionszylinder
7
Begrenzungsfläche des Kompressionszylinders
8
Kolbenstange des Expansionskolbens
9
Kolbenbefestigungsmutter
10
Spannfeder für die Kolbenspannplatten
11
Kolbenspannplatte Federseite
12
Kolbenspannplatte Stiftseite
13
Befestigungsstift der Kolbenspannplatte
14
,
15
Bolzen zur Einspannung des Zylinderrohres in die Zylinderbegrenzungsflächen
16
Dichtung der Räume E
2
gegen K
1
17
Dichtungen der Räume K
1
gegen K
2
18
Dichtung des Raumes K
2
gegen das Getriebe
19
Magnetanordnung in den Begrenzungsflächen des Kompressionszylinders
20
Magnetanordnung in den Begrenzungsflächen des Kompressionskolbens
21
Magnetanordnung auf der Kolbenstange des Expansionskolbens
22
a Polplatte eine Polung
22
b Polplatte andere Polung
E1 Expansionsraum
E1 Expansionsraum
1
E2 Expansionsraum
2
K1 Kompressionsraum
1
K2 Kompressionsraum
2
AE1 Anschluss Expansionsraum
1
AE2 Anschluss Expansionsraum
2
AK1 Anschluss Kompressionsraum
1
AK2 Anschluss Kompressionsraum
2
S1 Hublänge Expansionskolben
S2 Hublänge Kompressionskolben
S2 Hublänge Kompressionskolben
23
Kühler erster Zyklus
24
Kühler zweiter Zyklus
25
Regenerator erster Zyklus
26
Regenerator zweiter Zyklus
27
Erhitzerspirale erster Zyklus
28
Erhitzerspirale zweiter Zyklus
Claims (8)
1. 2-Zyklen-Heißgasmotor mit einem Expansionskolben (3) und einem Kompressionskolben
(4), die in Flucht angeordnet sind, nach Patent Nr. 101 53 772, dadurch gekennzeichnet,
dass der Kompressionskolben (4) über einen Ring-Magneten (21) oder eine
Magnettrommel (21) angetrieben wird, der oder die sich in seinem Innenraum befindet
und an der Kolbenstange (8) des Expansionskolbens (3) befestigt ist.
2. 2-Zyklen-Heißgasmotor mit einem Expansionskolben (3) und einem Kompressionskolben
(4), die in Flucht angeordnet sind nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Bewegung des Expansionskolbens (3)
und der damit verbundenen Bewegung des Magneten (21) durch die Abstoßung von den
fluchtenden Magneten (20), die in den kreisförmigen Kolbenbegrenzungsflächen des
Kompressionskolbens (4) befestigt sind, dessen Bewegung eintritt.
3. 2-Zyklen-Heißgasmotor mit einem Expansionskolben (3) und einem Kompressionskolben
(4), die in Flucht angeordnet sind nach einem oder mehreren der vorgenannten
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisförmigen Zylinderbegrenzungs
flächen (6) und (7) an ihren Innenseiten in Flucht mit dem Magneten (21) je einen
ringförmigen Magneten (19) oder eine Trommel mit Stab-Magneten (19) besitzen und
diese Magnete den Anschlag des Freikolbens (4) an die Zylinderbegrenzungsflächen (6)
und (7) verhindern.
4. 2-Zyklen-Heißgasmotor mit einem Expansionskolben (3) und einem Kompressionskolben
(4), die in Flucht angeordnet sind nach einem oder mehreren der vorgenannten
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionszylinder (1) und der
Kompressionszylinder (2) über ein Bauteil (6) verbunden sind, das beiden Zylindern als
Begrenzungsfläche dient und eine druckdichte Kolbenstangendurchführung (16)
beinhaltet.
5. 2-Zyklen-Heißgasmotor mit einem Expansionskolben (3) und einem Kompressionskolben
(4), die in Flucht angeordnet sind nach einem oder mehreren der vorgenannten
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachsen der Kühler (23) und (24)
senkrecht oder annähernd senkrecht auf der Mittelachse des Kompressionszylinders (1)
stehen und die Mittelachsen der Kühler zueinander eine V-Form einnehmen.
6. 2-Zyklen-Heißgasmotor mit einem Expansionskolben (3) und einem Kompressionskolben
(4), die in Flucht angeordnet sind nach einem oder mehreren der vorgenannten
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühler (23) und (24) in der V-Anordnung
als 90°-Krümmer ausgeführt werden.
7. 2-Zyklen-Heißgasmotor mit einem Expansionskolben (3) und einem Kompressionskolben
(4), die in Flucht angeordnet sind nach einem oder mehreren der vorgenannten
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachsen der Regeneratoren (25) und
(26) parallel oder annähernd parallel zur Mittelachse des Kompressionszylinders (2)
verlaufen.
8. 2-Zyklen-Heißgasmotor mit einem Expansionskolben (3) und einem Kompressionskolben
(4), die in Flucht angeordnet sind nach einem oder mehreren der vorgenannten
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzer (27) und (28) in Reihe
hintereinander liegen und eine gemeinsame Mittelachse ausbilden, die parallel oder
annähernd parallel zur Mittelachse der Zylinder (1) und (2) verläuft.
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Cited By (1)
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CN114109642A (zh) * | 2021-11-08 | 2022-03-01 | 国能龙源环保有限公司 | 一种方便更换活塞环的气缸检修结构及其使用方法 |
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NICHTS ERMITTELT * |
Cited By (2)
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CN114109642B (zh) * | 2021-11-08 | 2022-09-30 | 国能龙源环保有限公司 | 一种方便更换活塞环的气缸检修结构及其使用方法 |
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