Heißluftmaschinen
und deren Wirkungsweise sind hinreichend unter dem Begriff Stirlingmaschinen
bekannt und in vielerlei Ausführungen
als Stand der Technik anzusehen (z.B. Werdich/Kübler, „Stirling-Maschinen", ISBN 3-922964-96-6).
Allen gemeinsam sind ein oder mehrere oszillierende Arbeitskolben
und in der Regel um 90° phasenversetzte
Verdrängerkolben.
Das in der Maschine eingeschlossene Arbeitsgas (z.B. Luft) wird
an einer Stelle erhitzt und treibt den Arbeitskolben an, so dass
dieser über einen
Pleuel eine Schwungmasse in Rotation versetzt. Die Schwungmasse
treibt über
einen weiteren Pleuel um 90° phasenversetzt
einen Verdrängerkolben
an, der das heiße
Arbeitsgas auf die gekühlte Seite
der Maschine verschiebt. Nach dem Abkühlen strömt das im Volumen reduzierte
Arbeitsgas wieder zur erhitzten Seite der Maschine und der Zyklus
beginnt von neuem. Um große
Leistungen zu erzielen sind große
Gasmengen zu bewegen. Dies kann durch erhöhen des Arbeitsdruckes oder
durch größere Volumina,
bzw. durch Kombination der Maßnahmen
erreicht werden. Beide Maßnahmen
erhöhen den
technischen Aufwand erheblich.Hot air machine
and their mode of action are sufficiently under the term Stirling machines
known and in many designs
to be regarded as prior art (for example, Werdich / Kübler, "Stirling machines", ISBN 3-922964-96-6).
All have in common one or more oscillating working pistons
and usually 90 ° out of phase
Displacer.
The working gas (e.g., air) trapped in the machine becomes
heated in one place and drives the working piston, so that
this one over
Connecting rod set a flywheel in rotation. The flywheel
drives over
another connecting rod 90 ° out of phase
a displacer
that's the hot one
Working gas on the cooled side
of the machine. After cooling, this reduces in volume
Working gas back to the heated side of the machine and the cycle
starts again. To big
Achieving achievements are great
To move gas quantities. This can be done by increasing the working pressure or
by larger volumes,
or by combining the measures
be achieved. Both measures
increase that
technical effort considerably.
Die
vorliegende Erfindung reduziert den technischen Aufwand beträchtlich,
da der Verdrängerkolben
ganz entfällt,
und zudem das nutzbare Volumen nahezu dem Gesamtvolumen der Maschine entspricht.The
The present invention considerably reduces the technical complexity
because the displacer
completely omitted,
and moreover, the usable volume is close to the total volume of the machine.
Die
Erfindung besteht im Wesentlichen aus zwei gleichartig aufgebauten
zylindrischen Hohlkörpern
(1/13) mit geschlossenen Stirnflächen. Durch die
Achsen der Zylinder führen
je eine drehbare Welle (2), die mindestens je eine der
Stirnflächen
mittig durchstößt und damit
je ein Wellenende nach außen führt. In
den Längsachsen
der Zylinder sind beiderseits der Wellen Segmente (3) an
den Zylinderwänden
angeordnet, die die Zylinderräume
in je zwei gleichgroße
Kammern (4) unterteilen. Die Segmente schließen zu den
Wellen hin dicht ab ohne deren Drehung zu beeinträchtigen.
Auf den Wellen sind in radialer Richtung gegenüberliegend je zwei Flügel (5)
angeordnet, die die Innenräume
der Zylinder in je vier Segmentkammern (6) mit variablen
Volumina unterteilen. Jede dieser Segmentkammern eines Zylinders ist
mit je einer gleichartigen Kammer des zweiten Zylinders durch einen Überströmkanal (7)
verbunden. In diesen Überströmkanälen sind
zur besseren Energieausbeute Regeneratoren (8) (thermische Schwämme) angeordnet.
Das freie Wellenende jedes Zylinders ist mit einem Exzenter (9)
versehen, mit dem über
einen Pleuel (10) eine Schwungmasse (11) in Rotation
versetzt wird. Bedingt durch eine unterschiedliche Länge der
Exzenter führt
bei einer vollständigen
Umdrehung der Schwungmasse die mit den Flügeln versehene Welle im Inneren
des Zylinders weniger als eine halbe Umdrehung aus und schwingt
somit zwischen den beiden Umkehrpunkten unmittelbar vor den Segmentunterteilungen
der Zylinder hin und her, so dass gerade keine Berührung stattfindet.
Damit kann das in den Kammern eingeschlossene Arbeitsgas nahezu
vollständig
durch die Überströmkanäle in die
jeweils korrespondierende Kammer des zweiten Zylinders verschoben
werden. Die beiden Schwungmassen sind mechanisch mittels eines Differentialgetriebes
(12) so miteinander gekoppelt, dass diese bei gleicher
Winkelgeschwindigkeit gegenläufig
rotieren. In der Neutralstellung der Schwungmassen wird durch deren
Rotation das Arbeitsgas zyklisch von je einer Segmentkammer eines Zylinders
zur jeweils korrespondierenden Segmentkammer des zweiten Zylinders
verschoben, ohne dass sich das Gesamtvolumen der miteinander verbundenen
Kammern ändert.
Eine axiale Verdrehung des Differentialgetriebes führt dazu,
dass sich die Winkel der Angriffspunkte der Pleuel an den Schwungmassen
gegeneinander verdrehen und eine zyklische Volumenänderung
in den Kammern ist die Folge. Einer zyklischen Volumenänderung
des Arbeitgases folgt eine Erwärmung
bei Kompression, bzw. Abkühlung
bei Expansion. Da die Kompression bzw. Erwärmung des Arbeitsgases in allen
vier Kammern eines Zylinders, die Expansion bzw. Abkühlung in
allen vier Kammern des zweiten Zylinders stattfinden, ergibt sich
die Funktion einer Wärmepumpe bzw.
eines Heißluftmotors,
bei dem alle Kammern phasenversetzt gleichzeitig wirken. Die Möglichkeit zum
Verstellen des Angriffwinkels durch das Verdrehen des Differentialgetriebes
gestattet eine stufenlose Änderung
des Kompressionsverhältnisses
auch im laufenden Betrieb und damit eine optimale Anpassung an die
gegebenen Temperaturverhältnisse.The invention consists essentially of two identically constructed cylindrical hollow bodies ( 1 / 13 ) with closed faces. Through the axes of the cylinder each lead a rotatable shaft ( 2 ), which pierces at least one of the end faces in the center and thus each one end of the shaft leads to the outside. In the longitudinal axes of the cylinders are on both sides of the waves segments ( 3 ) arranged on the cylinder walls, the cylinder chambers in two equally sized chambers ( 4 ). The segments close tightly to the waves without affecting their rotation. On the waves are opposite each two wings in the radial direction ( 5 ), which arrange the interiors of the cylinders in four segment chambers ( 6 ) with variable volumes. Each of these segment chambers of a cylinder is each with a similar chamber of the second cylinder by a transfer channel ( 7 ) connected. In these transfer channels, regenerators ( 8th ) (thermal sponges) arranged. The free shaft end of each cylinder is equipped with an eccentric ( 9 ), with which via a connecting rod ( 10 ) a flywheel ( 11 ) is set in rotation. Due to a different length of the eccentric performs at a complete revolution of the flywheel shaft provided with the wings in the interior of the cylinder less than half a turn and thus oscillates between the two reversal points immediately before the segment divisions of the cylinder back and forth, so that straight no contact takes place. Thus, the trapped in the chambers working gas can be moved almost completely through the overflow into the respective corresponding chamber of the second cylinder. The two flywheel masses are mechanically by means of a differential gear ( 12 ) coupled so that they rotate in opposite directions at the same angular velocity. In the neutral position of the centrifugal masses, the working gas is cyclically displaced by a respective segment chamber of a cylinder to each corresponding segment chamber of the second cylinder by the rotation thereof, without changing the total volume of the interconnected chambers. An axial rotation of the differential gear causes the angle of the points of engagement of the connecting rod to rotate against the rotating masses against each other and a cyclic volume change in the chambers is the result. A cyclic change in volume of the working gas is followed by heating during compression or cooling during expansion. Since the compression or heating of the working gas in all four chambers of a cylinder, the expansion or cooling take place in all four chambers of the second cylinder, there is the function of a heat pump or a hot air engine in which all chambers act out of phase simultaneously. The possibility of adjusting the angle of attack by the rotation of the differential gear allows a stepless change in the compression ratio during operation and thus an optimal adaptation to the given temperature conditions.
1 zeigt
eins schematische Darstellung der Achtkammer-Schwingflügel-Stirlingmaschine
mit verstellbarem Kompressionsverhältnis. 1 shows a schematic representation of the eight-chamber swing-wing Stirling engine with adjustable compression ratio.
2 zeigt
ein Verwendungsbeispiel zur Energiegewinnung aus Sonnenenergie als
schematische Darstellung. Im Zentrum eines Sammelspiegel (14)
ist die geheizte Seite der Stirlingmaschine (1) angeordnet.
Die gekühlte
Seite (13) der Maschine befindet sich unmittelbar hinter
dem Spiegel im Schatten, ebenso die Kurbelmechanik mit dem Differentialgetriebe
zur Verdichtungssteuerung (12) und der Generator (15)
mit der Schwungmasse. Verbunden sind die beiden Maschinenhälften mittels
der Überströmkanäle (7),
die bei der gezeigten Anordnung sehr kurz gehalten werden können. 2 shows a use example for energy production from solar energy as a schematic representation. In the center of a collecting mirror ( 14 ) is the heated side of the Stirling engine ( 1 ) arranged. The cooled side ( 13 ) of the machine is located directly behind the mirror in the shade, as well as the crank mechanism with the differential gear for compression control ( 12 ) and the generator ( 15 ) with the flywheel. The two machine halves are connected by means of the overflow channels ( 7 ), which can be kept very short in the arrangement shown.