DE1933159B2

DE1933159B2 - Piston machine operating according to the starting process

Info

Publication number: DE1933159B2
Application number: DE1933159A
Authority: DE
Inventors: William T. Athens Ohio Beale (V.St.A.)
Original assignee: Research Corp
Current assignee: Research Corp
Priority date: 1969-03-05
Filing date: 1969-06-30
Publication date: 1975-05-15
Also published as: US3552120A; DE1933159A1

Description

Die Erfindung betrifft eine nach dem Stirling-Prozeß arbeitende Kolbenmaschine mit mindestens einem in einer Verdränger-Zylinderzone, die ein Arbeitsflud unter Druck enthält und mit Einrichtungen zur Wärmezu- und -abfuhr zu bzw. aus diesem Arbeitbfiud versehen ist, hin und her bewegbaren Verdrängerkolben, mindestens einem in einer Krafl-Zylinderzone hin und her bewegbaren Kraftkolben, einer Verbindung zwischen den beiden Zylinderzonen und mindestens einer Verdränger-Kolbenstange, deren eines Ende mit einem Verdrängerkoiben verbunden ist und deren anderes Ende sich stets in einem gesonderten, gegenüber dem in der Verdränger-Zylinderzone am einen Ende der Verdränger-Kolbenstange vorhandenen Druck abgedichteten Raum befindet.The invention relates to one according to the Stirling process working piston machine with at least one in a displacement cylinder zone, which is a working fluid under Contains pressure and is provided with devices for supplying and removing heat to and from this work volume is, reciprocating displacement piston, at least one reciprocating in a Krafl cylinder zone movable power piston, a connection between the two cylinder zones and at least one displacement piston rod, one end of which is connected to a displacement head and the other end is always in a separate, opposite the sealed in the displacer cylinder zone at one end of the displacer piston rod existing pressure Space is located.

Bei derartigen Maschinen ist es erforderlich, Mittel zur zusammenarbeitenden verbindenden Bewegung zwischen dem Kraftkolben und dem Verdrängerkoiben sowie zur Ableitung und Zuleitung von Kräften vorzusehen. In such machines it is necessary to have means for cooperating, connecting movement to be provided between the power piston and the displacement piston as well as for the dissipation and supply of forces.

Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse mechanische Gestänge und Getriebe, gegebenenfalls in Verbindung mit Fludleitungen zwischen den verschiedenen Zylinderzonen, zu verwenden. Diese Einrichtungen sind verwickelt sowie kostspielig in Herstellung und Instandhaltung.It is known to meet these requirements mechanical linkages and gears, if necessary in Connection with fluid lines between the different cylinder zones to be used. These bodies are involved and expensive to manufacture and maintain.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine der angegebenen Art zu schaffen, bei der alle mechanischen Verbindungsglieder zwischen den zusammenarbeitenden Kraft- und Verdrängerkoiben sowie die Notwendigkeit der Vorsehung von mechanischen Gliedern zum Ableiten von Energie von der Maschine bzw. zum Einleiten von Energie vermieden werden können und die wesentlich einfacher und billiger in Herstellung und Betrieb als die bekannten vergleichbaren Maschinen ist.The invention is based on the object to provide a machine of the specified type in which all mechanical connecting links between the cooperating power and displacement cylinders as well as the need to provide mechanical links for dissipating energy from the machine or to introduce energy can be avoided and the much easier and cheaper in Manufacture and operation than the known comparable machines.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Querschnittsfläche der Verdränger-Kolbenstange so bemessen ist, daß die bei tier Kompression am Verdrängerkoiben auftretende, auf diese Qucrschniitsfläche einwirkende Druckkraft groß genug wird, um diesen im Sinne einer Verdrängung des Ar-This object is achieved according to the invention in that the cross-sectional area of the displacer piston rod is dimensioned in such a way that the compression occurring on the displacement piston during tier compression is applied to this cross-sectional area acting pressure force is large enough to displace it in the sense of a

*5 beiisfludcs in den heißen Bereich der Vcrdrängcr-ZyliiKler/one /u verschieben, und daß mindestens ein vom jeweiligen Kraftkolben unabhängiges, auf das im gesonderKMi Raum befindliche andere Ende der Verdrän-* 5 beiisfludcs in the hot area of the displacement cylinder / one / u move, and that at least one independent of the respective power piston, to the one in the gesonderKMi The other end of the displacement

»er-Kolbenstange koaxial einwirkendes, eine Rückstellcraft erzeugendes Mittel vorgesehen ist, dessen Rückstellkraft am Ende der Expansion die Druckkraft überwiegt und den Verdrängerkolben in seine Ausgangslage zurückstellt.»He piston rod acting coaxially, a return craft generating means is provided, the restoring force of which outweighs the pressure force at the end of the expansion and returns the displacer piston to its original position.

Vorteilhafte weitere Ausbildungen der Erfindung sind in den anliegenden Unteransprüchen gekennzeichnet und ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen.Advantageous further developments of the invention are characterized in the attached subclaims and result from the exemplary embodiments described below.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß infolge der ausschließlichen Verwendung von Flüssigkeitsverbindungen als Übertragungsglieder zwischen den Kraft und Verdrängerkolben es möglich ist, die Verdrängerkolben, die Kraftkolben und die Zylinder für solche Kolben in jeder gewünschten ode^r erforderlichen geometrischen Lage relativ zueinander anzuordnen und hierdurch unter anderem eine äußerst kompakte Bauart zu schaffen. Außerdem wird durch die Erfindung eine Freikolben-Stirling-Maschine mit allen Vorzügen einer solchen Freikolbenmaschine geschaffen; jedoch unter Vermeidung der Nachteile von komplizierten und verwickelten mechanischen Verbindungen zwischen den Kraft- und Verdrängerkolben. The advantages attainable with the invention consist in particular in that due to the exclusive use of liquid compounds as transmission elements between the force and displacement piston, it is possible to dispose the displacer piston, the power piston and the cylinder for such piston in any desired ode ^r required geometrical position relative to each other and thereby creating an extremely compact design, among other things. In addition, the invention creates a free-piston Stirling engine with all the advantages of such a free-piston engine; but avoiding the disadvantages of complicated and intricate mechanical connections between the power and displacement pistons.

Vergleicht man die erfindungsgemäße Ausbildung mit vorbekannten Ausbildungen, so ergibt sich folgendes: If one compares the training according to the invention with previously known configurations, the following results:

Bei einer bekannten Ausbildung (US-PS 25 58 481) wird Energie über ein verwickeltes System von Elementen abgeleitet, die an die Kolbenstangen der Kraftkolben angeschlossen sind, und außerdem sind verwikkelte mechanische Glieder erforderlich zwischen den Kraft- und Verdrängerkolben und zum Abnehmen oder Einführen von Energie von der bzw. in die Maschine.In a known training (US-PS 25 58 481) energy is through an intricate system of elements derived, which are connected to the piston rods of the power piston, and also are tangled mechanical links required between the power and displacement pistons and for removal or Introduction of energy from or into the machine.

Bei einer anderen bekannten Ausbildung (DT-AS 12 72 318) sind die Räume des einen Zylinders durch zwei Leitungen mit den Räumen des anderen Zylinders verbunden, jedoch ergibt sich keine Freikolbenmaschine, da die Kraftzylinder durch Kolbenstangen und eine Kurbelwelle verbunden sind, so daß sie in einer vorherbestimmten Relation und mit einem vorbestimmten Hub sich bewegen müssen.In another known training (DT-AS 12 72 318) the spaces of one cylinder are through two lines connected to the spaces of the other cylinder, but there is no free piston machine, since the power cylinders are connected by piston rods and a crankshaft so that they are in a predetermined one Relation and have to move with a predetermined stroke.

Auch andere Veröffentlichungen (z. B. US-PS 33 19 416) offenbaren komplizierte Anordnungen von zylindrischen und eliptischen Getrieben, Verbindungsgliedern und Hebelarmen für die Energieentnahme und zur Verbindung der Kraft- und Verdrängerzylinder.Other publications (z. B. US-PS 33 19 416) disclose complicated arrangements of cylindrical and elliptical gears, connecting links and lever arms for energy extraction and for connecting the power and displacement cylinders.

Eine umfassende Übersicht von älteren und neueren Entwicklungen von Stirling-Maschinen sowie deren Vergleich mit den nach dem Otto-, Brayton-, Carnot- und Ericsson-Prozeß arbeitenden Maschinen findet sich in »SAE Transactions«. VoI 68,1960, S. 665 bis 684.A comprehensive overview of older and newer developments of Stirling engines as well as their There is a comparison with machines operating according to the Otto, Brayton, Carnot and Ericsson processes in "SAE Transactions". VoI 68, 1960, pp. 665 to 684.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und nachfolgend beschrieben. In den Zeichnungen istExemplary embodiments of the invention are illustrated in the drawings and described below. In the drawings is

F i g. 1 eine schematische Ansicht eines Doppclverdrängerkolbens, eines Doppel-Kraftkolbens und einer Wärmevorrichtung,F i g. 1 a schematic view of a double displacement piston, a double power piston and a heating device,

F i g. 2 eine der F i g. 1 ähnliche Ansicht einer abgeänderten Form der Erfindung, die Mittel /ur Änderung des Leistungseingangs und -ausgangs veranschaulicht.F i g. 2 one of the F i g. 1 similar view of a modified one Form of the invention illustrating means of changing power input and output.

F i g. 3 eine vergrößerte, fragmentarische Schnittansicht der Mittel zur Veränderung des Leistungseingangs und -ausgangs.F i g. 3 is an enlarged, fragmentary sectional view the means of changing the power input and output.

F i g. 4 eine der F i g. 3 entsprechende Ansieht unter Verdrehung des Mechanismus um 9(V und unter Fortbrechen von Teilen, um den Betätigungsmechanismus deutliche! /u zeigen.F i g. 4 one of the F i g. 3 corresponding view, turning the mechanism by 9 (V and breaking off of parts to make the operating mechanism clear! / u show.

F i g. 5 eine der F i g. 3 ähnliche Ansicht einer abgeänderten Form der Leistungsveränderungsmitiel,F i g. 5 one of the F i g. 3 similar view of a modified form of the performance modification means,

F i g. 6 eine vergrößerte fragmentarische, detaillierte Ansicht eines mit der erfindungsgemäßen Maschine verwendbaren Regenerators und Wärmeaustauschers,F i g. 6 is an enlarged, fragmentary, detailed view of one comprising the machine of the present invention usable regenerator and heat exchanger,

F i g. 7 eine Veranschaulichung einer abgeänderten Form der Kraftänderungsmiitel, bei der der Hub der Verdrängerkolben verändert wird,F i g. 7 is an illustration of a modified form of the force change medium in which the stroke of the The displacement piston is changed,

F i g. 8 eine Schnittansicht und Diagramm einer abgeänderten Ausführungsform, bei der ein hydraulisches Flud im Arbeitskreislauf der Maschine als Kraftbegrenzungsmittel verwendet ist,F i g. 8 is a sectional view and diagram of a modified embodiment in which a hydraulic Flud is used in the working circuit of the machine as a force limiting means,

F i g. 9 ein Schnitt längs der Linie 9-9 der F i g. 8,F i g. 9 is a section along line 9-9 of FIG. 8th,

F i g. 10 ein Schnitt längs der Linie 10-10 der F i g. 8,F i g. 10 is a section along line 10-10 of FIG. 8th,

F i g. 11 ein Diagramm der mit der Ausbildung der F i g. 8 verbundenen hydraulischen Schaltung,F i g. 11 is a diagram of the embodiment of FIG. 8 connected hydraulic circuit,

F i g. 12 eine schematische Darstellung einer abgeänderten Form einer kombinierten Einzel-Verdrängerkolben-Maschine und eines linearen Alternators; undF i g. 12 is a schematic representation of a modified form of a combined single displacement piston machine and a linear alternator; and

Fig. 13 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Motor- und Pumpen-Kombination.13 shows a schematic representation of an inventive Motor and pump combination.

Die in F i g. 1 allgemein mit 10 bezeichnete Stirling-Maschine umfaßt ein Gehäuse 14, ein Paar allgemein mit D16 und D18 bezeichnete, vom Gehäuse 14 umschlossene Verdrängerkolben, die für synchrone Bewegung durch eine starre Verdrängerkolbenstange D20 verbunden sind.The in F i g. 1 generally designated 10 Stirling engine comprises a housing 14, a pair, generally designated D16 and D18, enclosed by housing 14 Displacement piston designed for synchronous movement through a rigid displacement piston rod D20 are connected.

F i g. 1 zeigt die Verdrängerkoiben D16 und D18 in einer Mittelstellung zwischen ihren extremen linken und rechten Stellungen. Bei dieser Anordnung befindet sich beispielsweise dann, wenn der Verdrängerkolben D16 in der äußersten linken Stellung ist, auch der Verdrängerkolben D18 in der äußersten linken Stellung. Jedem der Verdrängerkolben D16 und DI8 ist ein Verdrängerkolbenzylinder D22 bzw. D24 zugeordnet. Die Kolben sind so bemessen, daß sie sich frei in ihren betreffenden Zylindern hin und her bewegen, und, da der Stirling-Kreislauf ein geschlossener Kreislauf ist, so besteht kein Bedarf für Kolbenringe und andere Abdichtungsmittel zwischen den zylindrischen Flächen der Verdrängerkolben D16 und D18 und den ihnen zugeordneten zylindrischen Wandungen der Verdrängerzylinder D22 und D24.F i g. 1 shows the displacement pistons D16 and D18 in a middle position between their extreme left and right positions. In this arrangement, for example, when the displacement piston D16 is in the extreme left position, and the displacement piston D18 is in the extreme left position. Each of the displacer pistons D16 and DI8 is a displacer piston cylinder D22 or D24 assigned. The pistons are sized so that they are freely in their respective Move cylinders back and forth, and, since the Stirling cycle is a closed cycle, it exists no need for piston rings and other sealing means between the cylindrical surfaces of the Displacement pistons D16 and D18 and the associated cylindrical walls of the displacement cylinders D22 and D24.

Wie aus F i g. 1 und 6 ersichtlich, ist eine konventionelle Kombination von Wärmeaustauscher und Regenerator 26 bzw. 28 mit jedem der Verdrängerzylinder D22 und /724 verbunden. Die Kombination von Wärmeaustausch-Vorrichtung und Regenerator 26 umfaßt einen Erhitzerteil 30, einen Regenerator 32 und einen Kühler 34 für Zylinder D22 und entsprechende Elemente 36, 38 und 40 für Verdrängerzylinder D24. Der Erhitzer 30 kommuniziert mit dem äußeren Ende des Zylinders 1722 durch die öffnung 42, während der Kühler 34 mit dem entgegengesetzten Ende des Zylinders D22 über die Öffnung 44 kommuniziert. Ähnliche Öffnungen 46 und 48 sind für den Verdrängerzylinder O24 vorgesehen.As shown in FIG. 1 and 6, a conventional heat exchanger and regenerator combination 26 and 28, respectively, is associated with each of the displacer cylinders D22 and / 724. The combination of heat exchange device and regenerator 26 comprises a heater part 30, a regenerator 32 and a cooler 34 for cylinder D22 and corresponding elements 36, 38 and 40 for displacement cylinders D24. The heater 30 communicates with the outer end of the cylinder 1722 through the opening 42, while the cooler 34 communicates with the opposite end of the cylinder D22 through the opening 44. Similar openings 46 and 48 are provided for the displacer cylinder O24.

Wie in F i g. b gezeigt, umfaßt der Erhitzungsabschnitt 30 für den Regeneratoi einen Brenner 31, dei durch Leitung 33 mit dem aufgewickelten Wärmeaus tauschrohr 35 verbunden ist. Das Erhitzungsmittel voit Brenner 31 verlaßt den Erhitzungsabschnitt 30 über di« Leitung 37. Der Regeneratorabschnitt 32 besteht au: einer Mehrzahl von dünnen Kupferdrähten oder -na dein, die verhältnismäßig dicht /wischen den Erhitzer und den Kühlerabschnitten 30 und 34 zusammenge packt sind. Der Kühlerabschnitt besteht aus einer de Wärmcaustauschspirale 35 ahnlichen Spirale. Die SpiAs in Fig. b, comprises the heating section 30 for the Regeneratoi a burner 31, dei through line 33 with the wound heat from exchange tube 35 is connected. The heating means voit Burner 31 leaves the heating section 30 via the Line 37. The regenerator section 32 consists of a plurality of thin copper wires or wires yours, which are relatively dense / wipe the heater and the cooler sections 30 and 34 are packed together. The cooler section consists of a de Heat exchange spiral 35 similar spiral. The Spi

rale 41 kann mit einem Kühlmittel, wie z. B. Wasser, beliefert werden über die Leitung 43, in der eine Wärmeaustauschschlange 45 außerhalb der Maschine versehen ist und mit der eine Gebläseeinrichtung 47 vereinigt ist. So kann das eine Ende jedes Regenerators 32 und 38 eine Temperatur von 38°C aufweisen, während das entgegengesetzte Ende jedes Regenerators eine Temperatur von 538°C haben kann.rale 41 can with a coolant, such as. B. water, are supplied via line 43 in which a heat exchange coil 45 is provided outside the machine and with which a fan device 47 is combined is. Thus, one end of each regenerator 32 and 38 can have a temperature of 38 ° C. during the opposite end of each regenerator can have a temperature of 538 ° C.

In dem Gehäuse 14 sind auch ein Paar Kraftkolben P60 und P82 montiert. Die Kraftkolben KQ und f62 sind miteinander durch eine Kraftkolbenstange PM verbunden, die die entsprechende Verdrängerkolbenstange D20 umgibt. Die Kraftkolben flBO und P52 sind so miteinander verbunden, daß, wenn der eine Kolben sich am Kopfende seines Zylinders befindet, der entgegengesetzte Kolben sich am inneren Ende seines Zylinders befindet. Die die Kraftkolben verbindende Stange ist nicht erforderlich und könnte durch eine Flud-Kupplung ersetzt werden.A pair of power pistons P60 and P82 are also mounted in the housing 14. The power pistons KQ and f62 are connected to one another by a power piston rod PM which surrounds the corresponding displacement piston rod D20. The power pistons FLBO and P52 are interconnected so that when one piston is at the head end of its cylinder, the opposite piston is at the inner end of its cylinder. The rod connecting the power pistons is not required and could be replaced by a Flud coupling.

Jeder der Kraftkolben fl&O und P62 hat ein Paar Köpfe, nämlich die Köpfe 66 und 68 für Kolben PBO bzw. 70 und 72 für Kolben K2. Die Kolbenköpfe 66 und 70 kommunizieren mit dem kalten Teil der Zylinder D22 bzw. D24. Die Köpfe 66 und 70 sind von ihren entgegengesetzten Köpfen 68 und 72 durch Abdichtungsmittel 74 für Kolben fBO bzw. 76 für Kolben P62 isoliert. Die Köpfe 68 und 72 der Kolben P60 und P82 sind durch Trenneinrichtung 78 und O-Ringdichtung 80 isoliert, wodurch ein Paar von Kraftzylinderräumen 82 und 84 in der Vorrichtung geschaffen werden. Kraftzylinderraum 82 ist mit einer Druckflud-Einlaßöffnung 86. Auslaßöffnung 88 und zusammenwirkenden Sperrventilen 90 und 92 versehen. In gleicher Weise ist der Kraftzylinderraum 84 mit Einlaßöffnung 94, Auslaßöffnung 96 und zusammenarbeitenden Sperrventilen 98 und 100 versehen.Each of the power pistons fl & O and P62 has a pair of heads, namely the heads 66 and 68 for pistons PBO and 70 and 72 for pistons K2. The piston heads 66 and 70 communicate with the cold part of the cylinders D22 and D24, respectively. The heads 66 and 70 are isolated from their opposite heads 68 and 72 by sealing means 74 for piston fBO and 76 for piston P62, respectively. The heads 68 and 72 of pistons P60 and P82 are isolated by separator 78 and o-ring seal 80, creating a pair of force cylinder chambers 82 and 84 in the device. Power cylinder space 82 is provided with a pressurized fluid inlet port 86, outlet port 88 and cooperating shut-off valves 90 and 92. In the same way, the power cylinder space 84 is provided with an inlet opening 94, an outlet opening 96 and cooperating shut-off valves 98 and 100.

Der Zusammenbau umfaßt auch Abdichtungsmittel 104 zwischen der Außenfläche der Verdrängerkolbenstange D20 und der zylindrischen Innenfläche der Kraftkolbenstange fl64.The assembly also includes sealing means 104 between the outer surface of the displacer rod D20 and the cylindrical inner surface of the power piston rod fl64.

Die in F i g. 1 veranschaulichte Maschine, wenn sie als Kraftmaschine unter Zulieferung von Hitze zu den äußeren Enden der Verdrängerzylinder D22 und D24 durch geeignete Erhitzungsmittel verwendet wird, arbeitet in folgender Weise.The in F i g. 1 illustrated machine when used as a prime mover with the delivery of heat to the outer ends of the displacer cylinders D22 and D24 used by suitable heating means operates in the following way.

Angenommen, der Verdrängerkolben D16 und D18 befinden sich in den äußersten linken Stellungen, und die Verdrängerzylinder D22 und D24 sind, beispielsweise mit Wasserstoffgas, unter einem beispielsweisen Druck von 140,6 kp/cm² beschickt, dann befinden sich der Wasserstoff in dem Verdrängerzylinder D22 in einem kalten Bereich und der Wasserstoff im Zylinder D24 in einem heißen Bereich, und letzterer empfängt Wärme von der äußeren Wärmequelle. Unter diesen Umständen wird in F i g. 1 der Druck auf der rechten Seite höher sein als auf der linken Seite. Die Kraftkolben FBO und P62 werden nach links durch das Druck flud getrieben, das gegen den Kopf 70 des Kraftkolbens P62 wirktAssuming the displacement piston D16 and D18 are in the extreme left positions and the displacement cylinders D22 and D24 are charged, for example with hydrogen gas, under a pressure of 140.6 kgf / cm ² , for example, then the hydrogen is in the displacement cylinder D22 in a cold area and the hydrogen in cylinder D24 in a hot area, and the latter receives heat from the external heat source. Under these circumstances, FIG. 1 the pressure on the right side will be higher than on the left side. The power pistons FBO and P62 are driven to the left by the pressure flud which acts against the head 70 of the power piston P62

Angenommen, die Zylinderräume 82 und 84 sind in Verbindung mit einer Fludquelle über die Sperrventile 90 und 98 und Einlaßleitungen 86 und 84 gebracht so wird Flud vom Raum 84 über Auslaßleitung 96 und Sperrventil 100 abgegeben, während Flud in den Raum 82 über Einlaßleitung 86 und Sperrventil 90 eingezogen wird.Assume that the cylinder spaces 82 and 84 are in communication with a source of fluid via the shut-off valves 90 and 98 and inlet lines 86 and 84 are brought in so fluid is brought from space 84 via outlet line 96 and Check valve 100 released while Flud was drawn into space 82 via inlet line 86 and check valve 90 will.

Bei Bewegung der Kraftkolben nach links verringert die Volumenänderung des komprimierten Wasserstoffs den Druck des Wasserstoffs auf der rechten Seite und vergrößert den Druck isotherm auf die linke Seite der in F i g. 1 veranschaulichten Vorrichtung. Befinden sich der Verdrängerkolben D16 und der Kraftkolben FfyO beide auf der linken Seite, dann ist der Druck wesentlich größer auf der linken Seite, und die Verdrängerkolben werden nach rechts durch die Druckdifferenz, die auf die Fläche der Abdichtung 104 einwirkt, getrieben. Bei Bewegung der Verdrängerkolben D16 und DI8As the power pistons move to the left, the change in volume of the compressed hydrogen decreases the pressure of the hydrogen on the right and increases the pressure isothermally to the left of that in FIG. 1 illustrated device. If the displacer D16 and the power piston FfyO are both on the left-hand side, then the pressure is much greater on the left-hand side and the displacer pistons are driven to the right by the pressure differential acting on the surface of the seal 104. When displacing pistons D16 and DI8 move

ίο nach rechts wird das Wasserstoffgas von dem kalten Bereich i-uf der linken Seite zu dem heißen Bereich auf der linken Seite und vom heißen Bereich auf der rechten Seite zum kalten Bereich auf der rechten Seite bewegt. Unter diesen Umständen erhöht sich der Druck des Wasserstoffs auf der linken Seite der Vorrichtung, während der Druck des Wasserstoffs auf der rechten Seite der Vorrichtung absinkt und somit eine Bewegung des Verdrängerkolbens beschleunigt und die Kraftkolben F60 und fl52 nach rechts drückt, um den Kreislauf zu wiederholen. Bei Bewegung der Kraftkolben nach rechts wird das Flud in der Kraftzylinderkammer 82 aus der Auslaßleitung 88 über das Sperrventil 92 herausgedrückt, während hydraulisches Flud in den Zylinderraum 84 über Sperrventil 98 und Einlaßleitung 94 hereingezogen wird. Das durch den Kraftkolben gepumpte Flud kann mit irgendeinem geeigneten mit Druckflud arbeitenden hydraulischen Motor u. dgl. verbunden werden.ίο to the right, the hydrogen gas is moved from the cold area i-uf on the left to the hot area on the left and from the hot area on the right to the cold area on the right. Under these circumstances, the pressure of the hydrogen on the left side of the device increases, while the pressure of the hydrogen on the right side of the device decreases, thus accelerating movement of the displacer and pushing the power pistons F60 and fl52 to the right to repeat the cycle . When the power piston moves to the right, the fluid in the power cylinder chamber 82 is pressed out of the outlet line 88 via the shut-off valve 92, while hydraulic fluid is drawn into the cylinder chamber 84 via the shut-off valve 98 and inlet line 94. The fluid pumped through the power piston can be connected to any suitable pressurized fluid hydraulic motor and the like.

Bezüglich F i g. 1 ist besonders zu beachten, daß der komprimierte Wasserstoff beim Strömen von einem Ende jeder der Verdrängerzylinderräume zum entgegengesetzten Ende durch den Erhitzer, den Regenerator und den Kühler in einer Bewegungsrichtung hindurchtritt und sich in der entgegengesetzten Richtung durch den Erhitzer, den Regenerator und den Kühler in einer Bewegungsrichtung hindurchtritt und sich in der entgegengesetzten Richtung durch den Kühler den Regenerator und dann durch den Erhitzer bewegt. Erhitzer, Kühler und Regenerator sind bekanntlich wichtige Bestandteile von Stirling-Maschinen, ohne die der Wirkungsgrad solcher Vorrichtungen wesentlich verringert wird. Die Angabe der Verwendung von Wasserstoffgas ist nur beispielsweise und, wie dies der Fachwelt wohl bekannt, kann irgendein anderes gewünschtes Flud verwendet werden.Regarding F i g. 1 is particularly to be noted that the compressed hydrogen when flowing from a End of each of the displacer cylinder spaces to the opposite end through the heater, the regenerator and passes through the cooler in one direction of movement and in the opposite direction passes through the heater, regenerator and cooler in one direction of movement and is in the moved in the opposite direction through the cooler to the regenerator and then through the heater. Heater, It is well known that coolers and regenerators are important components of Stirling engines, without which the efficiency such devices is significantly reduced. The indication of the use of hydrogen gas is for example only and, as is well known to those skilled in the art, any other desired fluid may be used will.

Die in F i g. 1 veranschaulichte doppeltendige Maschine hat einen Vorteil der leichten Anlaßbarkeit, und zwar durch irgendeine leichte Verlagerung entweder der Kraft- oder der Verdrängerkolben, wenn die Pumpenbelastung von dem Kraftkolben entfernt ist. Dies ist so, da bei s\_ \rh einer kleinen Verlagerung die sich ergebende geringe Druckdifferenz zu einer Bewegung des Verdrängers führt, was die Druckdifferenz in der vorgehend beschriebenen Weise erhöht Somit ist die Vorrichtung in weitem Ausmaße selbstanlassend, sofern nur die hohen und niedrigen Temperaturen in den geeigneten Räumen aufrechterhalten werden. Beachtlich ist, daß, da alles, was erforderlich ist um die Vervollständigung des Kreislaufs zustande zu bringen, in dei Umkehr der Druckkräfte auf die Verdränger- unc Kraftkolben besteht, ein einfacher eingeschlossene! Raum für die aktiven Räume an einem Ende der Maschine gesetzt werden kann. Beispielsweise könnte ii F i g. 1 der Verdrängerkolben D18 weggelassen werdei unter ausschließlicher Belassung der Verdrängerstange auf die das Gas in den Räumen 48 und 46 einwirket kann, wie dies im folgenden ausführlicher beschriebei wird.The in F i g. The double ended machine illustrated in Fig. 1 has an advantage of easy startability by some slight displacement of either the power or displacement pistons when the pump load is removed from the power piston. This is so because when s \ _ \ rh a small displacement results in the resulting low pressure differential to a movement of the displacer, which the pressure difference is increased in the manner described above, thus the apparatus is in wide proportions selbstanlassend, provided that only the high and low Temperatures are maintained in the appropriate rooms. It is noteworthy that since all that is required to bring about the completion of the circuit consists in the reversal of the pressure forces on the displacer and power piston, a simple one included! Space for the active spaces can be placed at one end of the machine. For example, ii F i g. 1, the displacement piston D18 is omitted, leaving only the displacement rod on which the gas in the spaces 48 and 46 can act, as will be described in more detail below.

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Zu beachten ist ferner, daß. wenn die in F i g. 1 verinschaulichte Maschine nur an einem Ende erhitzt und lurch Zuführung von mechanischer Energie angelassen würde, sie dann als Wärmekraftmaschine an einem Ende und als Gefriermaschine am anderen Ende arbeiten würde. Beispielsweise, wenn die linke Seite mit Erhitzungs- und Abkühlungsmitteln beliefert und die rechte Seite von der linken Seite angetrieben würde, dann würde während der Bewegung des Kolbens nach rechts das Gas in dem Raum 48 komprimiert werden unter Beförderung von Wärmeenergie in den Wärmeaustauscher 40. wobei dann, wenn der Druck auf der rechten Seite erhöht würde auf einen Wert, der größer ist als der Druck auf der linken Seite, der Verdränger sich zuerst nach links bewegen würde unter Verlagerung des Gases vom Raum 48 nach 46 und von 42 nach 44. Somit würde bei Bewegung des Kraftkolbens nach links die Ausdehnung des Gases im Raum 46 dasselbe abkühlen unter Zulassung der Entfernung der Hitze von dem Wärmeaustauscher 36. Es ist somit erforderlieh, daß die Kreislaufbetätigung der Wärmekraftmaschine auf der linken Seite einen Kühleffekt auf den Wärmeaustauscher 36 und eine Erhitzungswirkung auf den Wärmeaustauscher 40 haben würde in einer Weise, die für Stirling-Gefricrmaschinen üblich ist. Bei einer solchen Anwendung könnten die zentralen in F i g. 2 gezeigten Pumpenräume beseitigt werden, da die Arbeit der linken Wärmekraftmaschine von der rechten Kühlmaschine absorbiert würde. Der Kraftkolben würde sich von 68 bis 72 ohne dazwischenliegende Pumpräume 82 bis 84 erstrecken.It should also be noted that. if the in F i g. 1 illustrated Machine heated at one end only and started up by adding mechanical energy they would then work as a heat engine on one end and a freezer on the other end would. For example, when the left side is supplied with heating and cooling means and the right side would be driven by the left side, then would during the movement of the piston after on the right the gas in the space 48 can be compressed while conveying thermal energy into the heat exchanger 40. where if the pressure on the right side would increase to a value that would be greater is than the pressure on the left, the displacer would move to the left first under displacement of the gas from space 48 to 46 and from 42 to 44. Thus, when the power piston is moved, after on the left the expansion of the gas in space 46 cool it down while allowing the removal of the heat from the heat exchanger 36. It is thus necessary that the circuit actuation of the heat engine on the left has a cooling effect on the Heat exchanger 36 and would have a heating effect on heat exchanger 40 in a manner which is common to Stirling freezers. In such an application, the central points in FIG. 2 pump chambers shown are eliminated, since the work of the left heat engine is removed from the right Refrigerator would be absorbed. The power piston would stretch from 68 to 72 with no pumping chambers in between 82 to 84 extend.

Damit die iii F i g. 1 veranschaulichte Maschine wirksam als eine von außen angetriebene Kühlmaschine arbeitet, müssen die richtigen Phasenbeziehungen /wischen den Verdränger- und Kraftkolben hergestellt werden durch Verringerung der natürlichen Frequenz der Verdrängerkolben in bezug auf die für eine Wärmekraftmaschine erforderliche Frequenz. In der Wärmekraftmaschincnbetätigungsweise ist es wünschenswert, daß die Verdrängcrkolbcn sich schneller unter dem Einfluß von Druckkräften als die Kraftkolbcn bewegen, während im Kühlkreislauf das Entgegengesetzte zutrifft.So that the iii F i g. 1 is effective works as an externally driven chiller, need the correct phase relationships / wipe The displacement and power pistons are made by reducing the natural frequency the displacement piston in relation to the frequency required for a heat engine. In the thermal engine control way it is desirable that the displacement pistons descend more quickly the influence of pressure forces as the power piston move, while the opposite is true in the cooling circuit.

Angenommen, eine hydraulische Pumpe treibt den Kraftkolben IhQ nach links. Der Kraftkolben würde in Berührung mn dem Verdrängerkolben D16 treten, der nur langsam nach rechts durch die auf seine Stangenfläche einwirkende Druckdifferenz getrieben wird. (Cs sei beachtet, daß die Sperrventile 90, 92, 98 und 100 nicht notwendig sind, wenn die Kraftkolben durch eine doppeltwirkende Pumpe angetrieben werden, die an die Leitungen 86 und 94 oder 77 und 96 angeschlossen ist, wobei das nichtverwendete Paar von Leitungen blokkiert ist) Dann bewegen sich die Kraft- und Verdrängerkolben f60 und D16 zusammen nach links unter Zusammendrückung des Gases auf der linken Seite und Ausdehnung des Gases auf der rechten Seite der Maschine, wobei Energie zum linken Wärmeaustauscher 30 herausgedrückt und Energie vom rechten Wärmeauslauscher 36 und Kühler 40 aufgenommen wird. Während dieser Ausdehnungsphase nimmt eine wesentliche Masse des Gases am rechten Ende der Vorrichtung sowohl die kühlen wie die heißen Räume ein. Der Kraftkolben PBO hält dann an seiner äußersten linken Bewegung an, und die Kolben fBO und P52 werden schnell nach rechts durch die entgegengesetzte Richtung der Bewegung der doppeltwirkenden Pumpe getrieben. Die Verdrängerkolben beginnen sich langsam nach rechts zu bewegen, aber der Kolben Ü18 wird schnell nach rechts gedrückt, wenn der Kraftkolben P62 den rechten Verdrängerkolben D18 berührt. Nun befindet sich das Gas am rechten Ende der Vorrichtung insgesamt am heißen Ende derselben und wird komprimiert, während das Gas am linken Ende der Vorrichtung sich hauptsächlich im kalten Bereich befindet und sich ausdehnt und somit Energie aus dem kalten Bereich abzieht.Suppose a hydraulic pump drives the power piston IhQ to the left. The power piston would come into contact with the displacement piston D16, which is only slowly driven to the right by the pressure difference acting on its rod surface. (Note that check valves 90, 92, 98 and 100 are not necessary if the power pistons are driven by a double acting pump connected to lines 86 and 94 or 77 and 96, which blocks the pair of lines that are not used Then the power and displacer pistons f60 and D16 move together to the left, compressing the gas on the left side and expanding the gas on the right side of the engine, pushing energy out to the left heat exchanger 30 and energy from the right heat exchanger 36 and cooler 40 is recorded. During this expansion phase, a substantial mass of the gas occupies both the cool and hot spaces at the right end of the device. The power piston PBO then stops on its extreme left movement, and pistons fBO and P52 are propelled quickly to the right by the opposite direction of movement of the double acting pump. The displacer pistons begin to move slowly to the right, but the piston Ü18 is quickly pushed to the right when the power piston P62 touches the right displacer piston D18. Now the gas at the right end of the device is overall at the hot end of the same and is compressed, while the gas at the left end of the device is mainly in the cold area and expands and thus draws energy from the cold area.

Bei dieser Anwendung sind die Wärmeaustauscher 30 und 36 heiß, während die Wärmeaustauscher 40 und 34 kalt sind, unter Erzeugung einer Gefrierwirkung bei 40 und 43 und Abgabe von Wärme bei 36 und 30.In this application, heat exchangers 30 and 36 are hot, while heat exchangers 40 and 34 are cold, producing a freezing effect at 40 and 43 and giving off heat at 36 and 30.

Der Hauptunterschied in der in den F i g. 2. 3 und 4 veranschaulichten abgeänderten Form der Erfindung gegenüber der in F i g. 1 veranschaulichten Form besteht darin, daß in den F i g. 2. 3 und 4 Mittel zur Veränderung des Hubes der Verdrängerkolben dargestellt sind, um dadurch die Leistung der Vorrichtung ohne Änderung des Volumens des gasförmigen Druckmittels in den Verdrängerzylindern zu verändern. In F i g. 2 ist primär zu beachten, daß das Gehäuse 14' unterbrochen ist, um einen Raum 100' zwischen den beiden Enden der Vorrichtung zu schaffen. Die Funktionen des Abstandselementes 78 und der Dichtung 80 in dem in F i g. 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel werden bei der Ausführungsform der F i g. 2 durch die Zylinderendblöcke 102 und 104' und durch die entsprechenden Abdichtungen 106 und 108' geschaffen. Die Kolbenstange PB4' für die Kraftkolben P6U' und fc>2' ist bei 108 zur Aufnahme eines Schaftes 110 durchbohrt. Das äußere Ende des Schaftes 110 ist, wie F i g. 3 zeigt, in der veranschaulichten Ausbildungsform der Erfindung mit einem Arm 114 versehen, der eine Rolle 116 an seinem sich in das Innere erstreckende Ende aufweist, wobei die Rolle 116 in Berührung mit einer einstellbaren Platte oder Plattform 118 steht. Wie Fig.4 zeigt, ist das innere Ende 120 des Schaftes HO mit einem Querarm 122 versehen. Die vorstehenden Enden des Querarms sind gelenkig mit Gliedern 124 und 126 verbunden. Glied 124 ist seinerseits gelenkig mit einer Pleuelstange 128 verbunden, die an seinem vorstehenden Ende ein Stoppelement 130 aufweist.The main difference in the in Figs. 2, 3 and 4 illustrated modified form of the invention over that in FIG. 1 is that in FIGS. 2. 3 and 4 means for changing the stroke of the displacement piston are shown in order to thereby change the performance of the device without changing the volume of the gaseous pressure medium in the displacement cylinders. In Fig. 2, it should primarily be noted that the housing 14 'is interrupted to create a space 100' between the two ends of the device. The functions of the spacer 78 and the seal 80 in the FIG. The embodiment illustrated in FIG. 1 is used in the embodiment of FIGS. 2 by the cylinder end blocks 102 and 104 'and by the corresponding seals 106 and 108'. The piston rod PB4 'for the power pistons P6U' and fc> 2 ' is drilled through at 108 to receive a shaft 110. The outer end of the shaft 110 is, as shown in FIG. 3 shows, in the illustrated embodiment of the invention, provided with an arm 114 having a roller 116 at its inwardly extending end, the roller 116 being in contact with an adjustable plate or platform 118. As FIG. 4 shows, the inner end 120 of the shaft HO is provided with a transverse arm 122 . The protruding ends of the cross arm are hinged to links 124 and 126. Link 124 is in turn articulated to a connecting rod 128 which has a stop element 130 at its protruding end.

Der vorangehend beschriebene Mechanismus ist innerhalb einer Ausnehmung 136 innerhalb der Verdrängerkolbenstange D20' montiert. Die Ausnehmung 136 ist mit sich axial erstreckenden Bohrungen 140 und 142 versehen, die die Pleuelstangen und Stoppelemente aufnehmen. Durch Anheben oder Absenken des Plattenelementes 118, wie durch die Pfeile in F i g. 4 veranschaulicht, dreht der Arm 114 den Schaft 110, welch letzterer seinerseits den Querarm 122 dreht, um die Stoppelemente 130 und 134 auf die Enden 152 und 150 der Bohrungen 140 und 142 in der Verdrängerkolbenstange D20' zu diesen oder von diesen weg zu bewegen. The mechanism described above is mounted within a recess 136 within the displacer rod D20 '. The recess 136 is provided with axially extending bores 140 and 142 which receive the connecting rods and stop elements. By raising or lowering the plate member 118 as indicated by the arrows in FIG. 4, the arm 114 rotates the shaft 110, which in turn rotates the cross arm 122 to move the stoppers 130 and 134 onto and away from the ends 152 and 150 of the bores 140 and 142 in the displacer rod D20 '.

Die veränderlichen Stoppelemente funktionieren wie folgt: Angenommen, die Verdrängerkolbenstange D20 bewegt sich nach links, in der Richtung des Richtungs pfeiles. und die Stoppelemente 130 und 134 sind wis dargestellt angeordnet, dann fahren die Verdrängungs kolben und ihre Kolbenstange D20' fcrt, sich nach link: zu bewegen, bis die Fläche 150 in der Bohrung 142 au das hervorstehende Ende der Stoppplatte 134 auftriff Daraufhin erzeugt, da der Schaft 110 durch eine Boh rung 108 in der Kraftkolbenstange PM' hindurchtrit weitere Bewegung der Verdrängerkolbenstange DM eine entsprechende Bewegung in der KraftkolbenstarThe variable stoppers work as follows: Assume the displacer rod D20 moves to the left, in the direction of the direction arrow. and the stop elements 130 and 134 are arranged as shown, then the displacement pistons move and their piston rod D20 ' starts moving to the left: until the surface 150 in the bore 142 hits the protruding end of the stop plate 134 the shaft 110 passes through a bore 108 in the power piston rod PM ' , further movement of the displacement piston rod DM triggers a corresponding movement in the power piston star

509520/21509520/21

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ίοίο

ge Ρ64', und der Verdrängerkolbenzusammenbau wird den Kraftkolbenzusammenbau mit sich nach links tragen, bis der Verdrängerkolbenzusammenbau das Ende seines Hubes erreicht. Somit wird sich das Volumen zwischen der linken Oberfläche des Verdrängerkolbens D18' und des Kopfes 70' des entsprechenden Kraftkolbens P62' nicht verringern, und entsprechend wird sich der Raum zwischen dem rechten Ende des Verdrängerkolbens DW und Kopf 66' des Kraftkolbens fW nicht vergrößern sowie das Stoppelement 134 und die Fläche 150 in Berührung miteinander treten. Somit ändert sich der Druck des gasförmigen Mediums nicht so sehr wie im Falle einer uneingeschränkten Verdrängerbewegung, und der Kraftausgang der Maschine wird begrenzt ge Ρ64 ', and the displacer assembly will carry the power piston assembly with it to the left until the displacer assembly reaches the end of its stroke. Thus, the volume between the left surface of the displacer D18 'and the head 70' of the corresponding power piston P62 'will not decrease, and accordingly the space between the right end of the displacer DW and head 66' of the power piston fW will not increase as well Stop element 134 and surface 150 come into contact with one another. Thus, the pressure of the gaseous medium does not change as much as in the case of an unrestricted displacement movement, and the power output of the machine is limited

Zu beachten ist, daß während der entgegengesetzten Bewegungsrichtung der Verdrängerkolbenstange D20' das entgegengesetzte Sloppelement 130 in Berührung mit der Endfläche 152 der Bohrung 140 treten wird unter Schaffung einer äquivalenten Kraftbegrenzungsvorrichtung für den entgegengesetzten Hub der Maschine. Ferner ist zu beachten, daß durch Bewegung der Platte 118 und des Steuerarms 114 die Enden der Stoppelemente 130' und 134 voreingestellt werden können in bezug auf ihre betreffenden Endwandungen 152 und 150 in den Bohrungen 140 und 142 in der Verdrängcrkolbenstange Q20'.It should be noted that during the opposite direction of movement of the displacement piston rod D20 ' the opposite sloping member 130 will come into contact with the end face 152 of the bore 140 below Creation of an equivalent force limiting device for the opposite stroke of the machine. It should also be noted that by moving the plate 118 and control arm 114, the ends of the stoppers 130 'and 134 can be preset in relation to to their respective end walls 152 and 150 in bores 140 and 142 in the displacer rod Q20 '.

Mittels der vorbeschriebenen Anordnung kann der Druck der Verdrängerkolben eingestellt werden, während die Maschine läuft.By means of the arrangement described above, the pressure of the displacement piston can be adjusted while the machine is running.

In Fig. 5, die eine der F i g. 4 entsprechende Ansicht zeigt, ist eine weitere Vorrichtung zur Veränderung des Hubes des Verdrängerkolbcns veranschaulicht. Hier sind die Verdrängerkolbenstange mit D20" und die Kraftkolbenstange mit P64" bezeichnet. Die Elemente 102" und 104" umfassen Zylinderendabschnitte für die Kraftzylinder. Die Verdrängerkolbenstange D20" ist mit einer Ausnehmung versehen in der gleichen Weise wie in F i g. 3 und 4 für Kolbenstange D20' veranschaulicht. In der Öffnung innerhalb der Kolbenstange D20" befindet sich ein einstellbarer Stoppmechanismus, der in seiner Gestal. identisch ist mit dem in F i g. 3 und 4 veranschaulichten, wobei der Steuermechanismus an einer Steuerstange 110" befestigt ist, die ihrerseits mit einer Betätigungsstange 114" verbunden ist.In Fig. 5, one of the Figs. 4 shows a further device for changing the stroke of the displacement piston. Here the displacement piston rod is designated with D20 "and the power piston rod with P64". Elements 102 "and 104" include cylinder end portions for the power cylinders. The displacer piston rod D20 "is recessed in the same manner as illustrated in FIGS. 3 and 4 for piston rod D20 '. In the opening within piston rod D20" there is an adjustable stop mechanism which, in its shape. is identical to that in FIG. 3 and 4, the control mechanism being attached to a control rod 110 "which in turn is connected to an actuation rod 114".

Besonders beachtlich ist. daß die Steuerstange 110" nicht durch eine kleine Bohrung, wie in F i g. 3 in der Kraftkolbenstange fl54" veranschaulicht, hindurchtritt. Anstatt dessen ist die Kraftkolbenstange PM' geschlitzt, so daß. wenn eines der Stoppelemente 130" oder 134" in Eingriff mit dem Ende seiner entsprechenden Bohrung tritt, die Bewegung der Verdrängerkolbenstange D2ß" gestoppt wird Die Stoppwirkiing erfolgt durch das äußere Gehäuse 14", das bei 180 durchbohrt ist, um drehbar die Steuerstange 110" aufzunehmen. Diese Ausbildung der Erfindung braucht kein Plattenelement 118 zu umfassen, das gleitende Bewe gung zwischen dem Ende der Betätigungsstange 114" zuläßt, da keine gleitende Bewegung in dieser Ausbildung der Erfindung infolge der feststehenden ^Ordnung der Steuerstange 110" in bezug auf das Hauptgehäuse der Maschine auftritt.Is particularly noteworthy. that the control rod 110 "does not pass through a small bore, as illustrated in FIG. 3 in the power piston rod 54". Instead, the power piston rod PM 'is slotted so that. when either of the stoppers 130 "or 134" engages the end of its corresponding bore, movement of the displacer rod D2ß "is stopped. The stopping action is provided by the outer housing 14" which is pierced at 180 to rotatably receive the control rod 110 " This embodiment of the invention need not include a plate member 118 which allows sliding movement between the end of the actuator rod 114 "as there is no sliding movement in this embodiment of the invention due to the fixed arrangement of the control rod 110" with respect to the main body of the machine occurs.

Fachleuten ist ersichtlich, daß die mechanischen, in F i g. 2, 3. 4 und 5 veranschaulichten Stoppeinrichtungen ersetzt werden können durch hydraulische Begren zer, die durch das Arbeitsflud oder unabhängig von diesem funktionieren können. Die Verwendung eines hydraulischen Begrenzers hat den Vorteil, daß die auf die hydraulische Arbeilsflüssigkeit ausgeübte Kraft beim Anhalten der Bewegung der Verdrängerkolben nicht, wie im Fall der in F i g. 5 veranschaulichten Form der Erfindung, verlorengeht, da die Anhaltekraft auf das Arbeitsflud übertragen wird und dadurch die Arbeitsleistung der Vorrichtung erhöht. Die hydraulischen Steuerungsmittel für hydraulische Begrenzer dieser Art sind im allgemeinen teuerer als die veranschaulichten mechanischen Mittel infolge der Notwendigkeit fürIt will be apparent to those skilled in the art that the mechanical, in F i g. 2, 3, 4 and 5 illustrated stop devices can be replaced by hydraulic limiter zer that can function through the work flow or independently of it. The use of a hydraulic Limiter has the advantage that the force exerted on the hydraulic working fluid when Stopping the movement of the displacement piston, as in the case of FIG. 5 illustrated form of Invention, is lost, as the stopping force is transferred to the work flow and thereby the work performance the device increased. The hydraulic control means for hydraulic limiters of this type are generally more expensive than the illustrated mechanical means due to the need for

ίο eine Anzahl von Steuerventilen u.dgl. in dem hydraulischen System.ίο a number of control valves and the like in the hydraulic System.

F.ine Form von kraftbegrenzenden Mitteln unter Verwendung des Arbeitsfluds ist in F i g. 7 veranschaulicht. Hier umfaßt die Maschine 200 im allgemeinen ein Gehäuse 210, Verdrängerkolben 212 und 214, die gleitend innerhalb von Zylindern angebracht sind, wobei die Zylinder in dem Gehäuse 210 ausgebildet sind und wobei die Zylinderräume mit Regeneratoren, wie in F i g. 6 veranschaulicht, versehen sein können. Die Maschine umfaßt auch ein Paar durch eine starre Kraftkolbenstange 220 verbundene Kraftkolben 216 und 218. Die inneren Flächen 222 und 224 der Kraftkolben 216 bzw. 218 begrenzen zusammen mit einer starren Wand 226 und dem Gehäuse 210 ein Paar Arbeitsfludräume 228 bzw. 230.F. One form of force limiting means using the working fluid is shown in FIG. 7 illustrates. Here, the machine 200 generally includes a housing 210, displacers 212 and 214 that are slidable are mounted within cylinders, the cylinders being formed in the housing 210, and the cylinder spaces with regenerators, as in FIG. 6 illustrated, may be provided. The machine also includes a pair of power pistons 216 and 218 connected by a rigid power piston rod 220. The inner surfaces 222 and 224 of the power pistons 216 and 218, respectively, delimit together with a rigid wall 226 and the housing 210, a pair of working fluid spaces 228 and 230, respectively.

leder der Verdrängerkolben 212 und 214 ist mit einer kurzen, stummelarligen Kolbenstange 232 bzw. 234 versehen, von denen jede sich in einer Bohrung 236 und 238 in den Kolben 216 bzw. 218 hin und her bewegt.The displacement pistons 212 and 214 come with a short, stubby piston rod 232 and 234, each of which is located in a bore 236 and 238 moves back and forth in the piston 216 and 218, respectively.

Bohrungen 236 und 238 sind miteinander verbunden durch eine weitere Bohrung 240, die durch einen Teil jedes der Kraftkolben 216 und 218 zentral durch die Kraftkolbenstange 220 hindurchtritt. Dichtungsmittel isolieren die Räume 236 und 238 von den Verdrängerkolbenräumen 242 und 244.Bores 236 and 238 are connected to one another by a further bore 240 which passes through a part each of the power pistons 216 and 218 passes centrally through the power piston rod 220. Sealant isolate spaces 236 and 238 from displacer spaces 242 and 244.

Eine Stopp- oder Begrenzungsstange 246 ist frei innerhalb der Bohrung 240 gleitbar, und jedes ihrer Enden ist mit einem vergrößerten Endteil 248 bzw. 250 versehen. Die vergrößerten Endteile gleiten in Bohruiigen 252 und 254, die in ihren betreffenden Stummelkolbenstangen 232 bzw. 234 ausgebildet sind.A stop or limit rod 246 is freely slidable within bore 240 and each of its ends is provided with an enlarged end portion 248 and 250, respectively. The enlarged end parts slide in Bohruiigen 252 and 254 formed in their respective stub piston rods 232 and 234, respectively.

Die Kraftkolbenarbeitsräume 228 und 230 sind in geeigneter Weise mit Leitungsmittcln und Sperrventilen 260 und 262 bzw. 264 und 266 verbunden, wobei diese Leitungen und Ventile den Fluß des Druckfluds in diese Räume und aus derselben heraus kontrollieren und wobei das über die Leitungen und Steuerventile 260 und 264 austretende Arbeitsflud mit irgendeiner geeigneter durch das System betriebenen Vorrichtung verbunder sein kann.The power piston working spaces 228 and 230 are suitably equipped with line means and shut-off valves 260 and 262 and 264 and 266, respectively, these lines and valves regulating the flow of pressurized fluid into them Check rooms and from the same and with the lines and control valves 260 and 264 are connected to any suitable device operated by the system can be.

Um die Leistung des Systems zu verändern, ist in dci vorliegenden Form der Erfindung das Arbeitsflud in nerhalb der Verdrängerzylinder mit den kleinen Boh rungen 236 und 238 über Leitungen 268 und 268', Hoch druck- und Niederdruckflud-Speicher 270 und 272, Lei tung 274 und Sperrventile 276,278,280 und 282 verbun den. Leitung 274 ist mit einem Ende einer hohle: Schraubenfeder 284 und das andere Ende 286 der höh len Feder ist mit einer inneren Bohrung 288 im Kraft kolben 216 verbunden, wobei die innere Bohrung 28 des Kraftkolbens 216 dem Arbeitsflud gestattet, zu bei den Bohrungen 236 und 238 zu fließen. Das Steuersy stern umfaßt auch Ventile 290 und 292 in denen Hoch druck- und Niederdruckleitungen von den Hochdruck und Niederdruck-Speichern 270 und 272.To change the performance of the system, dci present form of the invention the working fluid in within the displacement cylinder with the small Boh ments 236 and 238 via lines 268 and 268 ', high-pressure and low-pressure fluid storage tanks 270 and 272, Lei device 274 and check valves 276, 278, 280 and 282 connected the. Line 274 has one end of a hollow: coil spring 284 and the other end 286 of the height len spring is connected to an inner bore 288 in the power piston 216, the inner bore 28 of power piston 216 allows working fluid to flow to bores 236 and 238. The tax sy stern also includes valves 290 and 292 in which high pressure and low pressure lines from the high pressure and low pressure accumulators 270 and 272.

Somit sind die Verdrängerkolben 212 und 214 nicr verbunden außer durch eine frei schwebende Begrer zungsstange 246, die die inneren und äußeren GrenzeThus, the displacer pistons 212 and 214 are not connected except by a free floating limiter tongue bar 246, which is the inner and outer limit

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an der Verdrängerkolbenirennung aufrechterhält, und außer durch das gasförmige Arbeitsflud an den inneren Enden der Verdrängerkolbenstummelsc hafte oder -stangen 232 und 234. Das am Innenende jeder der Stummelschäfte 232 und 234 aufrechterhaltene Gas kann in seiner Menge oder seinem Volumen verändert werden durch dessen Ablassen in das Niederdruckreservoir 272 über das Ventil 290 oder durch Hinzufügung einer größeren Menge von dem Hochdruckreservoir 270 über Ventil 292.maintained at the displacer, and except through the gaseous working fluid to the inner Ends of the displacer stubs or rods 232 and 234. That at the inner end of each of the Stub shafts 232 and 234 sustained gas can be varied in its amount or volume are discharged into the low pressure reservoir 272 via valve 290 or by adding it a larger amount from high pressure reservoir 270 via valve 292.

Während der Kreislaufbewegung der Kraft- und Verdrängerkolben halten die Sperrventile 276, 278, 280 und 282 maximalen Kreislaufdruck in dem Speicher 270 und minimalen Kreislaufdruck in dem Speicher 272 aufrecht. Der Verdrängerhub kann auf ein durch die Begrenzungsstange 246 zugelassenes Minimum dadurch verringert werden, daß Gas gestattet wird, aus den Räumen 236 und 238 durch das Kontrollvenlil 290 in den Niederdruckspeicher 272 auszufließen, wodurch die Leistung der Maschine begrenzt wird. Wenn größere Leistung gewünscht wird, kann Gas in die Räume 236 und 238 durch das Ventil 292 vom Speicher 270 eingelassen werden. Der Verdrängerhub kann somit um irgendeinen gewünschten Teilbetrag erhöht werden, bis der durch die Begrenzungsstange 246 zugelassene Maximalhub erreicht ist.The shut-off valves 276, 278, 280 stop during the circular movement of the power and displacement pistons and 282 maximum circuit pressure in accumulator 270 and minimum circuit pressure in accumulator 272. The displacement stroke can thereby be reduced to a minimum permitted by the limit rod 246 can be reduced from allowing gas to flow from spaces 236 and 238 through control valve 290 in FIG the low pressure accumulator 272 to flow out, whereby the performance of the machine is limited. If bigger If power is desired, gas can be introduced into spaces 236 and 238 through valve 292 from accumulator 270 be admitted. The displacement stroke can thus be increased by any desired partial amount, until the maximum stroke permitted by the limit rod 246 is reached.

Wenn die Verdrängerkolben sich weder in der maximalen noch in der minimalen Stellung, wie sie durch die Begrenzungsstange bestimmt ist, befinden, so können sie sich etwas unabhängig bewegen, da das Arbeitsflud in den Räumen 236 und 238 elastisch ist, ihre Gesamtbewegung wird aber durch das Volumen des Gases in diesen Räumen kontrolliert.If the displacement piston is neither in the maximum nor in the minimum position, as indicated by the Limiting rod is intended to be located, so they can move somewhat independently as the working flow in spaces 236 and 238 is elastic, but their overall movement is determined by the volume of the gas in controlled these rooms.

Eine weitere erfindungsgemäß in den F i g. 8, 9, 10 und 11 veranschaulichte Ausbildung 300 umfaßt ein Gehäuse 310, in dem ein Paar Verdrängerkolben 312 und 312' hin und her beweglich montiert ist. Die Verdrängerkolben sind mit konventionellen (nicht veranschaulichten) Regeneratormitteln versehen, leder der Kraftkolben 316 und 318 ist zentral gebohrt, um Hin- und Herbewegung der Verdrängerkolbenstange 314 du^rch die Bohrung zu gestatten. Innerhalb des Gehäuses 310 befindet sich ein großes Blockelement 320, das mit einer Mehrzahl von Bohrungen 322, 322,-i und 322b versehen ist. Die Bohrungen nehmen kleine, mit der inneren Fläche des Kraftkolbens 316 verbundene Kolben 324, 324a und 3246 auf. Kraftkolben 318 ist auch mit drei Kolben oder Verlängerungen 326, 326.? und 3260 versehen, die sich mit ihrem Kolben 318 in im entgegengesetzten Ende des Blockes 320 ausgebildeten Bohrungen 328, 328a und 3286 hin und her bewegen. Der Block ist ferner mit einer Bohrung 330 für die Verdrängerkolbenstange 314 und drei kleinen Bohrungen 332, 332a und 3326 verbunden, die im allgemeinen tote Räume 334 und 336 zwischen den inneren Flächen der Kraftkolben 316 und 318 und den äußeren Flächen des Blockes 320 miteinander verbinden. Diese kleinen Bohrungen sind notwendig, so daß während der Hin- und Herbewegung der Kraftkolben und dei mit ihnen verbundenen Stangen der Druck in diesen Räumen ausgeglichen wird. Die inneren Enden jeder der kleinen Kolben, die sich von den primären Kraftkolben 316 und 318 erstrecken, sind untereinander für zusammenarbeitende Hin- und Herbewegung durch kleine Stangen 338,338a und 3386 verbunden. &5Another according to the invention in FIGS. The embodiment 300 illustrated in Figures 8, 9, 10 and 11 includes a housing 310 in which a pair of displacer pistons 312 and 312 'are reciprocally mounted. The displacer piston are provided with conventional (not illustrated) Regeneratormitteln, leather the power piston 316 and 318 is centrally drilled, you permit reciprocation of the displacer rod 314 ^r ch to the bore. Inside the housing 310 is a large block element 320 which is provided with a plurality of bores 322, 322, -i and 322b . The bores receive small pistons 324, 324a and 3246 connected to the inner surface of the power piston 316. Power piston 318 is also available with three pistons or extensions 326, 326.? and 3260, which reciprocate with their piston 318 in bores 328, 328a and 3286 formed in the opposite end of the block 320. The block is also connected to a bore 330 for the displacer rod 314 and three small bores 332, 332a and 3326 which connect generally dead spaces 334 and 336 between the inner surfaces of the power pistons 316 and 318 and the outer surfaces of the block 320. These small bores are necessary so that the pressure in these spaces is equalized during the reciprocating movement of the power pistons and the rods connected to them. The inner ends of each of the small pistons extending from the primary power pistons 316 and 318 are interconnected for cooperative reciprocation by small rods 338, 338a and 3386. & 5

Somit sind sechs Arbeitsräume 322, 322a und 3226 sowie 328,328a und 3286 und ein Paar von Räumen 340 und 342 im Blockelement 320 vorhanden, und jeder derselben ist beispielsweise mit dem hydraulischen Motor 344 (F i g. 11) verbunden; und zwar über ein Druckflud-Steuersystem, das eine Begrenzung des Hubes der Kraftkolben 316 und 318 gestattet, die ihrerseits die Leistung der Vorrichtung ohne Ablassen von Arbeitsflud begrenzen.Thus, there are six work spaces 322, 322 a and 3226 and 328, 328 a and 3286 and a pair of spaces 340 and 342 are present in the block member 320, and each of them is associated with, for example, the hydraulic motor 344 (Fig. 11) connected; namely via a pressurized fluid control system, which allows a limitation of the stroke of the power pistons 316 and 318, which in turn the Limit device performance without releasing working fluid.

Der Einfachheit halber wird das in F i g. 11 gezeigte System beschrieben, als sei es nur mit den Räumen 322 und 328 verbunden. Indessen, wie im vorangehenden angedeutet, würden alle sechs Räume untereinander verbunden sein und im Gleichklang arbeiten. Raum 322 ist mit einem hydraulischen Hochdruckspeicher 346 über Leitung 348 und Hochdrucksperrventil 350 verbunden. Der Raum 322 ist auch mit dem Zylinderraum 352 der Kontroll- oder Pendelventilvorrichtung 354 verbunden. Der Hochdruckspeicher 346 ist mit dem hydraulischen Motor 344 verbunden. Zylinderraum 328 ist auch mit dem Hochdruckspeicher 346 über Leitung 356 und Hochdrucksperrventil 358 verbunden.For the sake of simplicity, this is illustrated in FIG. 11 shown System described as if it were connected to rooms 322 and 328 only. However, as in the previous one indicated, all six rooms would be interconnected and work in unison. Room 322 is connected to a hydraulic high-pressure accumulator 346 via line 348 and high-pressure shut-off valve 350. The space 322 is also with the cylinder space 352 of the control or shuttle valve device 354 tied together. The high pressure accumulator 346 is connected to the hydraulic motor 344. Cylinder space 328 is also connected to the high pressure accumulator 346 via line 356 and high pressure shut-off valve 358.

Der Zylinderraum 328 ist ferner mit dem unteren Raum 360 der Pendelventileinrichtung 362 verbunden. In den beiden Pendel ventilen 354 und 362 befindet sich je ein frei schwebender Kolben, die allgemein mit 364 bzw. 366 bezeichnet sind. Über dem frei schwebenden Kolben 364 befindet sich ein Raum 368, der durch Leitung 370 mit dem Raum 342 im Block 320 verbunden ist. Eine weitere Leitung 372 und Sperrventile 369 und 371 verbinden Leitung 370 mit dem hydraulischen Niederdruckspeicher 374 und mit dem Hochdruckspeicher 346. Fernerhin verbindet eine Leitung 378 den Niederdruckspeicher über Sperrventil 380 mit Leitung 348. In gleicher Weise ist Raum 382 oberhalb des schwebenden Kolbens 366 über Leitung 384 mit Raum 340 im Block 320 verbunden. Eine weitere Leitung 386 ist mit den Hochdruck- und Niederdruckspeichern über Hoch- und Niederdrucksperrventile 388 und 390 verbunden, während Leitung 356 auch mit dem Niederdruckspeicher 374 über Sperrventil 392 verbunden ist. Ein Teil der Wandungen jedes der Pendelventilvorrichtungen 354 und 362 umfaßt balgenartige Elemente 396. Die Vorrichtung umfaßt ferner einen Hebelarm 400, der. wenn er nach oben bewegt wird, die wirksame Länge des Zylinders der Pcndelventileinrichtungen 354 >:nd 362 vergrößert und der, wenn der Hebelarm wie durch den Pfeil ν angedeutet, nach unten bewegt wird, die Zylinderräume verkleinert. Die balgenartigen Elemente 396 könnten durch geeignete Teleskopzylinder bekannter Konstruktion ersetzt werden.The cylinder space 328 is also connected to the lower space 360 of the shuttle valve device 362. In each of the two pendulum valves 354 and 362 there is a free-floating piston, which is generally labeled with 364 and 366, respectively. Above the floating piston 364 is a space 368 which is conduit 370 is connected to room 342 in block 320. Another line 372 and check valves 369 and 371 connect line 370 to the hydraulic low-pressure accumulator 374 and to the high-pressure accumulator 346. Furthermore, a line 378 connects the low-pressure accumulator to the line via a shut-off valve 380 348. In the same way, space 382 is above the floating piston 366 via line 384 with space 340 connected in block 320. Another line 386 is connected to the high pressure and low pressure accumulators High and low pressure check valves 388 and 390 connected while line 356 also connects to the low pressure accumulator 374 is connected via shut-off valve 392. Part of the walls of each of the shuttle valve devices 354 and 362 comprise bellows-like elements 396. The device further comprises a lever arm 400, the. when moved upward, the effective length of the cylinder of the pendulum valve assemblies 354 >: nd 362 enlarged and which, when the lever arm is moved downwards as indicated by the arrow ν, the cylinder spaces are reduced. The bellows-like elements 396 could by suitable telescopic cylinders known construction are replaced.

Die Kraftkolben sind also direkt mit hydraulischen Kolben 324 und 326 verbunden, die in normaler Weise in Verbindung mit Einlaß- und Auslaßströmungs-Kontrollsperrventilen arbeiten und mit den Hochdruck- und Niederdruckspeichern 346 und 374 verbunden sind. Die Pendelventilvorrichtungen 354 und 362 bewirken die hydraulische Verbindung der hydraulischen Pumpenkolben und der Verdrängerkolbenstange 314. Somit müssen beispielsweise für eine gegebene Bewegung nach rechts die hydraulischen Pumpenkolben 324 und 326 usw. die Verdrängerkolben sich einen entsprechenden Betrag in der gleichen Richtung bewegen. Diese Bewegung der Verdrängerkolben relativ zu den hydraulischen Pumpenkolben wird bestimmt durch das Verhältnis des Volumens der Räume 340 und 342 zur Summe der Verdrängung der hydraulischen Kolben 324 und 326 usw. Wenn die Verdrängerkoiben 312 und 312' sich 7,62 cm für jede 2,54 cm der Bewegung der Kraftkolben bewegen sollen, dann würde der Durchmesser der Verdrängerkolbenstange 314 gleich demThe power pistons are thus directly connected to hydraulic pistons 324 and 326, which in the normal way in conjunction with inlet and outlet flow check valves operate and are connected to the high and low pressure accumulators 346 and 374. the Shuttle valve devices 354 and 362 hydraulically connect the hydraulic pump pistons and the displacer rod 314. Thus, for example, for a given movement to the right, the hydraulic pump pistons 324 and 326, etc., the displacement pistons have a corresponding one Move amount in the same direction. This movement of the displacement piston relative to the hydraulic Pump piston is determined by the ratio of the volume of spaces 340 and 342 to Sum of the displacement of the hydraulic pistons 324 and 326, etc. When the displacers 312 and 312 'were supposed to move 3 inches for every 1 inch of movement of the power pistons, then the diameter would be the displacer rod 314 is equal to that

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Durchmesser einer der sechs hydraulischen Kolben 324,324a, 3246,326,326a und 3266 sein.Diameter of one of the six hydraulic pistons 324,324a, 3246,326,326a and 3266.

Bei einer Untersuchung beispielsweise der F i g. 8 und 11 ergibt sich, daß die Verdrängerbewegung nicht vollständig auf Bewegung genau in Phase mit den Kraftkolben beschränkt ist, da die Sperrventile der Trägheit der Verdrängerkolben gestatten, sie über die normalerweise durch die Pendelventile zugelassene Stellung hinauszutragen.When examining, for example, FIG. 8 and 11 it follows that the displacement movement is not is completely limited to movement exactly in phase with the power pistons as the check valves of the Inertia of the displacer pistons allow them to exceed that normally permitted by the pendulum valves To carry out a position.

Die Pendelventilöffnungen können durch den Hebel 400 bewegt werden, um die den Verdrängerkolben gestattete Bewegung zu verringern oder zu- vergrößern. Wenn beispielsweise der Kraftkolben nach rechts bewegt wird, so wird hydraulisches Flud in den Raum 342 hinein und aus dem Raum 340 befördert, bis der linke Pendelkolben 364 den Kopf seines Zylinderraumes 368 und der rechie Pendelkolben 366 das untere Ende des Zylinderraumes 360 erreicht, in welchem Zeitpunkt der Fluß hydraulischen Fluds durch das Pendelventil begrenzt wird und die Verdrängerkolben gegen die hydraulische Druckdifferenz in den Speichern arbeiten müssen, um weitere Bewegung fortzusetzen.The shuttle valve ports can be moved about by lever 400 allowing the displacer Decrease or increase movement. For example, when the power piston moves to the right hydraulic fluid is carried into and out of space 342 until the left Pendulum piston 364 the head of its cylinder space 368 and the rich pendulum piston 366 the lower end of the Cylinder chamber 360 reached, at which point the flow of hydraulic Fluds through the pendulum valve is limited and the displacement pistons work against the hydraulic pressure difference in the accumulators need to continue further movement.

Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Maschine 500 aus einem einzigen Verdrängerkolben D518 und einem einzigen Kraftkolben /562 in Kombination mit einem linearen elektrischen Generator besteht. Der Verdrängerkolben D518 ist an dem einen Ende einer Verdrängerkolbenstange £5520 befestigt. Der Kolben D518 ist für Hin- und Herbewegung in einem Zylinder D524 montiert mit beispielsweise konventionellem Spiel zwischen der Außenfläche des Verdrängerkolbens und der Bohrung des Zylinders.Fig. 12 shows an embodiment of the invention, in which the machine 500 consists of a single displacement piston D518 and a single power piston / 562 in combination with a linear electrical generator. The displacer piston D518 is on attached to one end of a displacement piston rod £ 5520. The piston D518 is for reciprocation mounted in a cylinder D524 with, for example, conventional clearance between the outer surface the displacement piston and the bore of the cylinder.

Um einen Teil der Verdrängerkolbenstange D52O herum ist der Kraftkolben /562 angeordnet. Der Kolben /562 besteht aus einem Dauermagneten, der die veranschaulichten Pole aufweist. Der Kolben wird in eine obere Stellung durch eine Schraubenfeder 528 gedrückt, deren unteres Ende gegen das untere Ende 530 des Maschinengehäuses 532 anliegt. Das untere Ende 534 der Stange D520 wird auch durch eine Feder 536 ähnlich der vorbeschriebenen Feder 528 vorgespannt. Das untere Ende 534 der Stange D520 ist von einer Umfangsbuchse umgeben, die als Begrenzung auf die relative axiale Bewegung zwischen dem Kraftkolben und der Verdrängerstange wirkt.Around part of the displacer rod D52O around the power piston / 562 is arranged. The piston / 562 consists of a permanent magnet that holds the has illustrated poles. The piston is pushed to an upper position by a coil spring 528, the lower end of which rests against the lower end 530 of the machine housing 532. The lower end 534 of rod D520 is also biased by a spring 536 similar to spring 528 described above. The lower end 534 of the rod D520 is surrounded by a circumferential bushing that acts as a limitation to the relative axial movement between the power piston and the displacement rod acts.

Der Verdrängerkolben D518 bewegt sich in der Zylinderzone 538 hin und her, die mit einer vorbestimmten Menge eines Arbeitsfluds, wie Wasserstoff, beschickt ist. Die oberen und unteren Enden der Zylinderzone 538 sind mit einem Gasdurchlaß verbunden, der einen Erhitzer 542, einen Regenerator 544 und einen Gaskühler 546 umfassen mag, wie dies für Stirling-Maschinen konventionell ist.The displacement piston D518 moves in the cylinder zone 538 back and forth, which is charged with a predetermined amount of a working fluid such as hydrogen is. The upper and lower ends of the cylinder zone 538 are connected to a gas passage, the may include a heater 542, a regenerator 544, and a gas cooler 546, such as for Stirling engines is conventional.

Um Kraft oder Arbeit von der Maschine abzuleiten, ist der Teil des Maschinengehäuses, in dem der Kraftkolben /562 sich normalerweise hin und her bewegt, von einem Eisenkern 544 und Spulen 546' und 548 umgeben, wobei diese Spulen durch einen geeigneten elektrischen Leiter 550 und andere elektrische Leiter 552 und 554 mit einer Lastvorrichtung 556 verbunden sind, so daß bei Hin- und Herbewegung des magnetischen Kraftkolbens eine elektrische Spannung in den Spulen 546' und 558 in bekannter Weise erzeugt wird.In order to derive force or work from the machine, the part of the machine housing in which the power piston is located / 562 normally moves back and forth, surrounded by an iron core 544 and coils 546 'and 548, these coils through a suitable electrical conductor 550 and other electrical conductors 552 and 554 are connected to a load device 556, so that when the magnetic Power piston an electrical voltage is generated in the coils 546 'and 558 in a known manner.

Beim Arbeiten ist diese Form der erfindungsgemäßen Maschine mit einem Leichtgewicht-Vcrdrängerkolben und -stange und einem verhältnismäßig schweren Kolben /562 verschen, und Wärme wird durch den Erhitzer 542 zugeführt. Der Erhitzer erhöht die Temperatur am oberen Ende des Verdrängerkolbe.is, Zone 538, und der sich erhöhende Gasdruck, der auf die Verdrängerkolben-Stangenfiäche wirkt, drückt den Verdränger nach unten. Der sich abwärts bewegende Verdrängerkolben fördert das Arbeitsgas vom kalten zum heißen Raum ;:nter weiterer Erhöhung des Druckes relativ zu dem Druck oder der Kraft der Feder 536 und 7u dem Gas unterhalb der Stange O520, unter Beschleunigung der Verdrängerbewegung nach unten. Wenn der Verdränger die obere Stellung des Kraftkolbens /562 erreicht, bewegen sich der Kraftkolben und Verdränger zusammen abwärts, bis die Druckdifferenz zwischen den Arbeitsräumen und der Kraft der Federn 523 und 536 sich umgekehrt hat als Ergebnis der Ausdehnung des Arbeitsgases und der Zusammendrückung der Federn und der Federung des Gases im Raum 560, als Folge, wovon der Verdrängerkolben anfängt, sich nach oben zu bewegen. Diese Aufwärtsbewegung des Verdrängerkolbens fördert heißes Gas zum kalten Raum unter Verringerung des Druckes des Arbeitsgases und Beschleunigung der Bewegung des Verdrängers nach oben. Der Kraftkolben und der Verdrängerkolben bewegen sich dann zusammen nach oben, bis der sich erhöhende Arbeitsgasdruck den Verdränger nach unten drückt. Dann wiederholt sich der Kreislauf.In operation, this form of the machine according to the invention is with a lightweight displacement piston and rod and a relatively heavy piston / 562, and heat is passed through the heater 542 supplied. The heater increases the temperature at the top of the displacer. Is, zone 538, and the increasing gas pressure acting on the displacer rod surface acts, pushes the displacer downwards. The displacement piston moving downwards promotes the working gas from the cold to the hot room;: nter further increase in pressure relative to the pressure or force of the springs 536 and 7 and the gas below the rod O520, under acceleration the displacement movement downwards. When the displacer is in the upper position of the power piston / 562 is reached, the power piston and displacer move downwards together until the pressure difference is reached between the working spaces and the force of springs 523 and 536 has reversed as a result of the expansion the working gas and the compression of the springs and the suspension of the gas in space 560, as a result, from which the displacer starts to move upwards. This upward movement of the Displacement piston conveys hot gas to the cold space while reducing the pressure of the working gas and accelerating the upward movement of the displacer. The power piston and the displacement piston then move upwards together until the increasing working gas pressure hits the displacer pushes down. Then the cycle repeats itself.

Das Verhältnis der Kraft des Arbeitsfluds zur Masse des Verdrängerkolbens muß größer sein als das Verhältnis der Kraft zur Masse des Kraftkolbcns, da sonst der Kraftkolben sich mit oder vor dem Verdränger bewegt und keine Druckdifferenz entwickelt wird.The ratio of the force of the working fluid to the mass of the displacement piston must be greater than the ratio the force to the mass of the power piston, otherwise the power piston moves with or in front of the displacer and no pressure differential is developed.

Die in Fig. 12 veranschaulichte Maschine erwies sich als selbstanlassend bei Anwendung von Hitze und auch als zuverlässig in der Betätigung Sie hatte keine innere Schmierung außer gasgefülltem Tetrafluoräthylen Band am Kraftkolben zur Vorsehung eines leicht einstellbaren Durchmessers für enge Passung im Zylinder. Es waren keine Kolbenringe oder andere Abdichtungen in den ringförmigen Spalten von ungefähr 0,0254 cm um den Kraftkolben und die Verdrängerstange vorhanden. Da die Maschine ausgelegt war, in senkrechter Richtung zu laufen, so sind keine seitlichen Belastungen vorhanden außer kleinen, die durch ungenaue Federausrichtungen und unsymmetrische Gasströmungen hervorgerufen werden.The machine illustrated in Fig. 12 proved Proven to be self-starting when applying heat and also to be reliable in operation you had none internal lubrication except gas-filled tetrafluoroethylene tape on the power piston to provide a light adjustable diameter for a tight fit in the cylinder. It wasn't piston rings or other seals in the annular gaps of approximately 0.0254 cm around the power piston and displacer rod available. Since the machine was designed to run in a vertical direction, there are no side loads present except for small ones caused by imprecise spring alignments and asymmetrical gas flows be evoked.

Eine weitere Form einer erfindungsgetnäßen Ausbildung ist in F i g. 13 veranschaulicht, die eine Kombination einer Pumpe 602 und einer Freikolben-Stirling-Maschine 600 umfaßt. Diese Maschine besteht aus einem einzelnen Verdrängerkolben D618 und einem einzelnen Kraftkolben PG62 in Kombination mit der Pumpe 602. Am Verdrängerkolben D518 ist eine Verdrängerkolbenstange D620 befestigt. Der Kolben D618 ist für Hin und Herbewegung in einem Zylinder D624 montiert, der beispielsweise konventionelles Spiel zwischen der äußeren Oberfläche des Verdrängerkolbens und der Bohrung des Zylinders aufweist.Another form of an embodiment according to the invention is shown in FIG. 13 illustrates a combination of a pump 602 and a free piston Stirling engine 600. This machine consists of a single displacement piston D618 and a single power piston PG62 in combination with the pump 602. A displacement piston rod D620 is attached to the displacement piston D518. The piston D618 is mounted for reciprocation in a cylinder D624 which has, for example, conventional clearance between the outer surface of the displacer and the bore of the cylinder.

Um einen Teil der Verdrängerkolbenstange D62C herum ist der Kraftkolben f662 montiert. Der Kolber ffi62 besteht in der veranschaulichten Form der Erfin dung aus einem hohlen zylindrischen Element. Dei Kraflkolben ist in eine obere Stellung vorgespann durch eine Schraubenfeder 628, deren unteres Ende sich gegen das untere Ende 633 des geschlossenen Ma schinengehäuses 632 abstützt. Das untere Ende 634 de Stange 620 ist auch vorgespannt durch eine der soebei beschriebenen Feder 628 ähnliche Feder 636. Das unte re Ende 634 der Stange D62O weist eine Umfangsbuch se um dieselbe auf, die als Begrenzung der relativciThe power piston f662 is mounted around part of the displacement piston rod D62C. The Kolber ffi62 exists in the illustrated form of the inventor manure from a hollow cylindrical element. The power piston is biased to an upper position by a coil spring 628, the lower end of which is against the lower end 633 of the closed Ma machine housing 632 is supported. The lower end 634 of the rod 620 is also biased by one of the above described spring 628 similar spring 636. The lower end 634 of the rod D62O has a circumferential book se around the same on which as the limitation of the relativci

axialen Bewegung zwischen dem Kraftkolben und der Verdrängerstange wirkt.axial movement between the power piston and the Displacer rod acts.

Der Verdrängerkolben D618 bewegt sich in der Zylinderzone 638 hin und her, wobei diese Zone mit einer vorherbestimmten Menge eines Arbeiisfluds, wie Wasserstoff, beschickt ist. Die oberen und unteren Enden der Zylinderzone 638 sind durch einen Gasdurchlaß verbunden, der einen Erhitzer 642, einen Regenerator 644 und einen Gaskühler 646 aufweisen kann, wie sie für Stirling-Maschinen konventionell sind.The displacement piston D618 moves in the cylinder zone 638 back and forth, this zone with a predetermined amount of a work flow, such as hydrogen, is loaded. The upper and lower ends of the cylinder zone 638 are through a gas passage which may include a heater 642, a regenerator 644, and a gas cooler 646 like them are conventional for Stirling engines.

Um Arbeit aus der Maschine abzuleiten, ist der untere Teil des Maschinengehäuses, in dem der Kraftkolben £662 sich normalerweise hin und her bewegt, mit Gleitpassung in einen Pumpenzylinder 650 eingepaßt. Eine weitere Schraubenfeder 631 in der Pumpenkammer 666 drückt das untere Ende 633 des Maschinengenäuses 632 von der Basis 652 der Pumpeneinheit 602 weg.In order to derive work from the machine, the lower one is Part of the machine housing in which the power piston £ 662 normally moves back and forth, with a slide fit fitted in a pump cylinder 650. Another coil spring 631 in the pump chamber 666 pushes the lower end 633 of the machine housing 632 away from the base 652 of the pump unit 602.

Am unteren Ende des Pumpenzylinders 610 befindet sich ein Paar von Leitungen 654 und 656. die mit Einweg-Einlaß- und Auslaßsperrventilen 658 und 660 versehen sind. Weiterhin ist Einlaßleitung 656 mit einer Quelle von zu pumpendem Hud verbunden, und Auslaßleitung 654 ist in gewünschter Weise an ein Röhrensystem angeschlossen.At the lower end of the pump cylinder 610 are a pair of lines 654 and 656. and outlet cut valves 658 and 660 are provided. Furthermore, inlet line 656 is provided with a Source of Hud to be pumped connected and outlet pipe 654 is connected to a pipe system in the desired manner.

Die in F i g. 13 gezeigte Freikolbenmaschine arbeitet so. daß, wenn der Erhitzer die Temperatur des Arbeitsfluds im oberen Teil 638 des Zylinders /5624 erhöht, der ;uif die Vcrdrängerstangenfläche wirkende sich erhöhende Gasdruck den Verdriingerkolben abwärts drückt. Die Abwärtsbewegung des Verdrängerkolbens bewegt das <\rbeitsgas vom kalten zum heißen Raum unter dadurch hervorgerufener weiterer Erhöhung seines Druckes relativ zur Kraft der Feder 636 und der Kompression des Gases unterhalb der Verdrängerstange unter Beschleunigung der Verdrängerbewegung nach unten. Wenn der Verdrängerkolben die Oberseite des Kraftkolbens erreicht, bewegen er und der Verdrängerkolben sich dann zusammen nach unten, bis die Druckdifferenz zwischen den Arbeitsräumon und der Kraft der Federn 628 und 636 sich umgekehrt hat als Ergebnis der Ausdehnung des Arbeitsgases, worauf dann der Verdränger anfängt, sich aufwärts zu bewegen. Diese Aufwärtsbewegung des Verdrängers bewegt heißes Gas in den kalten Raum unter Verringerung des Arbeitsgasdrucks und Beschleunigung der Bewegung des Verdrängers aufwärts, bis er eine obere Grenze erreicht, die durch den ßegrenzungsanschlag 634 am unteren Ende der Verdrängerstange gesetzt ist. Der Kraftkolben und der Verdriingerkolben bewegen sich dann zusammen nach oben, bis der sich erhöhende Arbeitsgasdruck den Verdränger nach abwärts drückt. Der Kreislauf wiederholt sich dann.The in F i g. 13 works like this. that when the heater is the temperature of the working flux increased in the upper part 638 of the cylinder / 5624, the increasing one acting on the surface of the displacement rod Gas pressure pushes the displacer downwards. The downward movement of the displacer moves the working gas from the cold to the hot room with the resulting further increase in its pressure relative to the force of the spring 636 and the Compression of the gas below the displacement rod while accelerating the displacement movement downward. When the displacer reaches the top of the power piston, it and the displacer move then together downwards until the pressure difference between the Arbeitsräumon and the The force of springs 628 and 636 has reversed as a result of the expansion of the working gas, whereupon then the displacer begins to move upwards. This upward movement moves the displacer hot gas into the cold room, reducing the working gas pressure and accelerating the movement of the displacer upwards until it reaches an upper limit, which is determined by the limit stop 634 at the lower End of the displacer rod is set. The power piston and the displacement piston move then together upwards until the increasing working gas pressure pushes the displacer downwards. The cycle then repeats itself.

Die Abwärtsbewegung des Verdrängerkolbens und des Kraitkolbens veranlaßt das Mascliinengehäuse 632, sich aufwärts zu bewegen unter Einziehen von Flüssigkeit in die Pumpenkammer 666 über Einlaß 656, während Abwärtsbewegung des Maschinengehäuses in die Pumpenkammer 666 die zu pumpende Flüssigkeit zwingt, durch die Leitung 654 nach außen .:· 'ließen.The downward movement of the displacer and piston causes the cylinder housing 632 to move upward, drawing fluid into the pump chamber 666 via inlet 656, while downward movement of the machine housing into the pump chamber 666 forces the fluid to be pumped out through the conduit 654 : · 'Let.

Aus der vorangehenden Beschreibung _; Arbeitsweise der in Fig. 13 gezeigten Pumpe ist ersichtlich, daß der schwere Kolben fl562 als eine seismische Masse verwendet wird, gegen die das Maschinengehäuse 632 die Freiheit hat, sich zu bewegen, wenn die inneren Drucke im heißen Raum und der unteren Federn verschieden sind. Dieses Konzept wurde an einem kleinen Modell ausprobiert, und es erwies sich als zuverlässig und ruhig in seiner Arbeitsweise, wobei es zusätzlich das nützliche Merkmal hat, daß es nicht durch Überlastung stillgesetzt werden könnte, da irgendeine übermäßige Begrenzung auf den Zylinder 632 die Übertragung eines größeren Anteils der Kreislaufarbeit auf den Zylinder verursachen würde mit sich daraus ergebenden größeren Kreislaufdruckänderungen und größeren Kräften auf den Zylinder.From the previous description _; Operation of the pump shown in Fig. 13 can be seen that the heavy piston fl562 is used as a seismic mass against which the machine housing 632 is free to move when the internal pressures in the hot space and the lower springs are different. This concept has been tried on a small model, and it proved to be reliable and quiet in its operation, and it has also the useful feature that it could not be shut down due to overload, since any excessive limiting the transfer of a major on the cylinder 632 A portion of the circulatory work on the cylinder would cause, with resulting larger changes in circulation pressure and greater forces on the cylinder.

Eine andere nützliche Eigenschaft der Freizylinder-Maschine Fig. 13 ist, daß sie Nutzarbeiterzeugen kann, während sie zur gleichen Zeit vollkommen abgedichtet ist und während erwartet werden kann, daß sie ihre Gasbeschickung für eine vernünftige Zeit ohne nennenswerte Verringerung der Wirkungsweise beibehält. Da die Maschinenpumpe besonders einfach und widerstandsfähig und da die Wärmemaschinc in der Lage ist, selbst zu starten und nur elementare Bedienung der Wasserpumpe erfordert, sollte als eine von Sonnenenergie angetriebene Pumpe für entfernte oder unterentwickelte Gebiete vielversprechend sein.Another useful property of the free cylinder machine Fig. 13 is that it can produce useful labor, while at the same time it is perfectly sealed and while it can be expected to be yours Maintains gas charge for a reasonable amount of time with no appreciable reduction in performance. Since the machine pump is particularly simple and robust and since the heat machine is in the Is able to start by itself and only requires basic operation of the water pump, should be considered one of Solar powered pumps hold promise for remote or underdeveloped areas.

Verschiedene Abänderungen in der veranschaulichten und beschriebenen Form sind möglich. Beispielsweise können, während jedes der spezifischen veranschaulichten Ausführungsformen koaxiale Ausrichtung der Kraftkolben und der Verdrängerkolben mit konzentrischen Kolbenstangen anzeigt, die Kraftkolben in konventioneller Weise außerhalb koaxialer Ausrichtung mit ihren zusammenarbeitenden Verdrängerkol· ben sein, so so lange, wie Fludströmung zwischer einem Ende jedes der Verdrängerkolben und ihrer zu sammenwirkenden Kraftkolben aufrechterhalten wird.Various modifications in the form illustrated and described are possible. For example may, during each of the specific illustrated embodiments, have coaxial alignment the power piston and the displacement piston with concentric piston rods indicate the power piston in conventionally out of coaxial alignment with their cooperating displacers be ben as long as fluid flow between one end of each of the displacement pistons and theirs to cooperating power piston is maintained.

Hierzu 6 Blatt ZeichnungenIn addition 6 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Working according to the Stirling process piston engine with at least one with a displacement cylinder zone, which contains a working fluid under pressure and is provided with devices for supplying and removing heat to and from this working fluid, reciprocating displacement piston, at least one in a power cylinder zone that can be moved back and forth, a connection between the two cylinder zones and at least one displacement piston rod, one end of which is connected to a displacement piston and the other end of which is always in a separate end from that in the displacement cylinder zone at one end of the displacer piston rod there is a pressure-sealed space, characterized in that the cross-sectional area of the displacer piston rod (Q20; O20 '; D.20 ";232;234';314;O520; D620) is dimensioned so that the compression occurring on the displacement piston (Ω16 ';D18':212;214; 312: 312 ';D518; D618) acts on this cross-sectional area The pressure force is large enough to displace the working fluid in the hot area (42; 46; 538; 63S) to move the displacer cylinder zone (D22; D24; D524; D624), and that at least one of the respective power piston (flSO, P62: fl & O ';fl52';216;218; / 562; fl> 62) is independent , on the other end (534; 634) of the displacer piston rod, which is located in the separate space, coaxially acting, a restoring force generating means (536: 560; 636) is provided, the restoring force of which at the end of the expansion outweighs the pressure force and the displacer piston in its starting position resets.

2. Piston machine according to claim I, characterized in that that the means generating the restoring force is a fluid and / or a compression spring (536; 636) is.

3. Piston machine according to claim 1 and 2, each with two coaxial and tandem design mirror-image arrangements of displacement cylinder zones, force cylinder zones, by a displacement piston rod interconnected displacement piston and by a power piston rod interconnected power piston, characterized in that the separate space each Arrangement, the displacement cylinder zone (D22; D24) of the other arrangement and the respective, the restoring force generating means the working fluid present in this displacement cylinder zone is.

4. Piston machine according to claim 1, characterized in that that a device for the acceptance of power from or for the supply of power is provided for the power piston or pistons.

5. Piston machine according to claim 4. dadur -. 'H is characterized in that this device consists of a cylinder space (82; 84 ) adjoining the end face of the lever piston (ffiO; m) facing away from that of the associated displacer / .ylindcr / one (D22; D24) ) of the power cylinder and lines (86: 88: 94; 96) for supplying and removing a fludc.

6. Piston machine according to claim 1, characterized in that that an adjustable stop device for changing the length of movement Displacement pistons in their displacement cylinder spaces is provided.

7. Apparatus according to claim 6, characterized by adjustable mechanical stoppers to limit the movement of the displacer pistons connecting piston rod.

8. The device according to claim 1, characterized by Druckfludvorrichtungen for changing the Path of the displacement cylinders in their cylinders.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the pressure fluid device for changing the path of the displacer comprises a gaseous working fluid.

10. Apparatus according to claim 7, characterized in that the pressure flow device for Change in the path of the displacement piston assigned to the power piston of the thermal device hydraulic fluid included.