DE3502363A1

DE3502363A1 - Heat engine

Info

Publication number: DE3502363A1
Application number: DE19853502363
Authority: DE
Inventors: Hans Prof. Dr.-Ing. 7850 Lörrach Kleinwächter; Jürgen Dipl.-Phys. Kleinwächter
Original assignee: Bomin Solar GmbH and Co KG
Current assignee: Bomin Solar GmbH and Co KG
Priority date: 1985-01-25
Filing date: 1985-01-25
Publication date: 1986-07-31

Abstract

In a heat engine, especially a Stirling engine, comprising a displacement piston and a working piston which, coupled together, are arranged in a housing tightly closed off from the outside and linearly guided so that they are capable of oscillation, the gas space between displacement and working piston being connected to the gas space between displacement piston and housing by way of a heater-, cooler-, regenerator arrangement and an external heat source being connectable, it is proposed, in order to permit a problem-free output of mechanical energy outwards through the closed housing, that a magnetic or magnetisable coupling device (9, 15), arranged inside the housing (1), be connected at least to the working piston (2), and that a corresponding magnetic or magnetisable coupling device (8, 18) be movably supported outside the housing (1) parallel to the piston travel. In order, in particular, to be able to control the oscillation behaviour of working piston and displacement piston in each operating phase, it is also proposed that a device for setting the phase relation between working piston (2) and displacement piston (4) be formed by a magnetically coupled mechanical transmission, especially a crankshaft transmission. <IMAGE>

Description

Wärmekraftmaschine Heat engine

Wärmekraftmaschine Die Erfindung richtet sich auf eine Wärmekraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Heat engine The invention is directed to a heat engine according to the preamble of claim 1.

Derartige extern beheizte, regenerative Wärmekraftmaschinen besitzen aufgrund des geringen Abgasanfalls, ihres sehr hohen erreichbaren Wirkungsgrades und ihrer Anpassungsfähigkeit an die unterschiedlichsten Wärmequellen gute Aussichten für eine erheblich weitere Verbreitung in der Zukunft. Ein Beispiel für diesen Typ einer Wärmekraftmaschine bildet der Stirlingmotor.Have such externally heated, regenerative heat engines due to the low amount of exhaust gas, their very high achievable efficiency and their ability to adapt to a wide variety of heat sources, good prospects for a much wider distribution in the future. An example of this guy a heat engine is the Stirling engine.

Obwohl Wärmekraftmaschinen dieser Art nach einem an sich idealen, reversiblen Zyklus, der zwischen zwei Isothermen und zwei Isochoren abläuft, arbeiten und somit grundsätzlich höhere Carnot-Realisierungsgrade erzielt werden können, als bei den viel weiter verbreiteten Innenverbrennungsmotoren, konnten sich solche Maschinen bisher aus verschiedenen Gründen noch nicht in großem Umfang durchsetzen.Although heat engines of this type are based on an inherently ideal, reversible cycle that takes place between two isotherms and two isochors and thus fundamentally higher degrees of Carnot implementation can be achieved, than with the much more widespread internal combustion engines, such Machines have not yet prevailed on a large scale for various reasons.

Ein Problem liegt darin, daß zur Erzielung hoher Wirkungsgrade die Temperatur des Erhitzerkopfes sehr hoch liegen muß, wobei hierfür geeignete Materialien erst in neuester Zeit entwickelt wurden. Ein weiteres grundlegendes Problem liegt darin, daß zur Erzielung einer guten Leistungsdichte und entsprechend kleiner, kompakter Maschinen die Maschine mit Helium oder Wasserstoff hohen Druckes gefüllt werden muß. Dies führt z.B.One problem is that to achieve high efficiencies The temperature of the heater head must be very high, with suitable materials for this have only recently been developed. Another fundamental problem lies in that to achieve a good power density and correspondingly smaller, more compact Machines the machine can be filled with high pressure helium or hydrogen got to. This leads e.g.

bei den bekannten Kurbelwellen-Stirlungmaschinen zu erheblichen Schwierigkeiten, da die Kurbelwellendichtung einerseits das Herausdiffundieren des Arbeitsgases vermeiden soll und andererseits aber auch das Eindringen von Öl und Schmiermitteln aus dem Getriebekasten in das Innere der Maschine. Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems stellte die Erfindung des Freikolben-Stirlingmotors dar (US-PS Re.30.176). Eine derartige Anordnung benötigt keine Kurbelwelle, da sowohl der Arbeitsals auch der Verdrängerkolben frei gas- oder mechanisch gefedert linear oszillierend im Inneren eines hermetisch abgeschlossenen Druckgehäuses schwingen. Es wird so also ein Masse-Feder-Resonanzsystem ausgebildet, welches über die Dimensionierung der Federkonstanten, Massen-und Strömungsquerschnitte so abgestimmt wird bzw.in the known crankshaft turbulence machines to considerable difficulties, because the crankshaft seal prevents the working gas from diffusing out and on the other hand also the penetration of oil and lubricants from the Gear box in the interior of the machine. One approach to solving this problem represented the invention of the free piston Stirling engine (US-PS Re.30.176). One such an arrangement does not require a crankshaft as both the working and the Displacement piston freely gas or mechanically sprung, linearly oscillating inside vibrate in a hermetically sealed pressure housing. So it becomes a mass-spring resonance system formed, which is based on the dimensioning of the spring constants, mass and flow cross-sections so is voted or

abgestimmt werden sollte, daß die Bewegungskinematik dem idealen Stirling-Zyklus möglichst nahe kommt.it should be coordinated that the kinematics of movement correspond to the ideal Stirling cycle comes as close as possible.

Bei einer derartigen Freikolben-Maschine erreicht man also gegenüber der Kurbelwellenbauweise den Vorteil, daß sie völlig gasdicht ist, daß also keine Gasdiffusion von innen nach außen bzw. kein Eindringen von Öl von außen nach innen erfolgt. Weiterhin ist der Aufbau, jedenfalls was die elementaren Bauteile betrifft, unkompliziert und ermöglicht dementsprechend eine lange Lebensdauer. Letztlich kann potentiell ein erhöhter Wirkungsgrad erreicht werden, da KurbelwellenJerluste entfallen.With a free-piston machine of this type, the opposite is achieved the crankshaft design has the advantage that it is completely gas-tight, so that none Gas diffusion from the inside to the outside or no penetration of oil from the outside to the inside he follows. Furthermore, the structure, at least as far as the elementary components are concerned, uncomplicated and accordingly enables a long service life. Ultimately, can potentially an increased Efficiency can be achieved because crankshaft losses omitted.

Diesen Vorteilen stehen Probleme in der praktischen Anwendung einer derartigen Maschine entgegen. Da sich die Bewegungsvorgänge nur im Inneren der Maschine abspielen und keine mechanische Verbindung zum Außenraum vorhanden ist, müssen Zusatzeinrichtungen, die die oszillierende Bewegung des Arbeitskolbens in elektrische oder thermische Nutzenergie umsetzen sollen, auch im Inneren der Maschine untergebracht sein. Dies führt z.B. dazu, daß zur Stromerzeugung im Vergleich zu handelsüblichen, rotierenden Generatoren relativ aufwendige Lineargeneratoren verwendet werden müssen. Noch größere Probleme ergeben sich, wenn mechanische Energie als solche ausgekoppelt werden soll. Insoweit sind Versuche unternommen worden, die periodischen Druckschwankungen im Inneren der Maschine durch eine Membran auf ein hydraulisches System zu übertragen. Ein anderer Lösungsansatz besteht darin, daß man den Arbeitskolben so schwer ausbildete, daß dieser relativ zum beweglich gelagerten Gehäuse stand und die resultierende Gehäusebewegung dazu ausgenutzt wurde, die Energie der linearen Schwingung abzugreifen. Beide genannte Lösungsansätze führen in der Praxis zu erheblichen technischen Komplikationen, z.B. in Form von Materialproblemen bei Verwendung einer Membran oder durch Schwierigkeiten bei der Umsetzung der linearen Schwingungsbewegung des Gehäuses in eine Drehbewegung.These advantages face problems in the practical application of a counter to such a machine. Since the movement processes are only inside the machine play and there is no mechanical connection to the outside space, additional equipment, which is the oscillating movement of the working piston in electrical or thermal Converting useful energy should also be housed inside the machine. this leads e.g. to the fact that for electricity generation compared to commercial, rotating Generators relatively complex linear generators have to be used. Even bigger ones Problems arise when mechanical energy is to be coupled out as such. In this regard, attempts have been made to reduce the periodic pressure fluctuations in the Inside the machine, transferred to a hydraulic system through a membrane. Another approach is to make the working piston so difficult that this was relative to the movably mounted housing and the resulting Housing movement was used to tap the energy of the linear oscillation. Both of these approaches lead to considerable technical complications in practice, e.g. in the form of material problems when using a membrane or difficulties when converting the linear oscillating movement of the housing into a rotary movement.

Ein weiteres grundlegendes Problem bei Freikolbenmaschinen liegt darin, daß ein derartiges Masse-Feder-System analytisch außerordentlich schwierig zu erfassen ist.Another fundamental problem with free piston machines is that such a mass-spring system is extremely difficult to grasp analytically is.

Hierzu gehört insbesondere die Frage der Kolbenzentrierung um die Mittellage sowie des Phasenwinkels zwischen Verdranger- und Arbeitskolben. Zur Unlsetzung der theoretischen Vorgaben wurden Maßnahmen wie das Vorsehen von Gasüberströmkanälen, Gaszwischenspeichern, mechanischen Zentrierfedern usw. ergriffen. Sämtliche dieser Maßnahmen reduzieren den idealen Wirkungsgrad, arbeiten nur in eng begrenzten Regelbereichen und führen zu Abweichungen vom idealen Stirling-Zyklus.This includes in particular the question of piston centering around the Central position and the phase angle between Displacement and working pistons. Measures such as the provision of Gas overflow channels, intermediate gas stores, mechanical centering springs, etc. seized. All of these measures reduce the ideal efficiency, only work in narrow control ranges and lead to deviations from the ideal Stirling cycle.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine extern beheizte, regenerative Wärmekraftmaschine zu realisieren, welche die Vorteile einer Freikolben- und einer Kurbelwellenmaschine vereint und deren jeweilige Nachteile weitestgehend vermeidet.Proceeding from this, the invention is based on the object of providing an external to realize heated, regenerative heat engine, which the advantages of a Free piston and a crankshaft machine combined and their respective disadvantages largely avoided.

Darüber hinaus soll erfindungsgemäß eine einfache Möglichkeit der mechanischen Energieauskopplung bei einer Maschine der in Betracht stehenden Art angegeben werden.In addition, according to the invention, a simple possibility of mechanical energy extraction in a machine of the type in question can be specified.

Diese Aufgabe wird gelöst durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1. Durch die danach vorgesehene magnetische Auskopplung der mechanischen Energie des linear schwingenden Arbeitskolbens ist es möglich, einen Freikolben-Motor optimal auszugestalten, ohne bei der Konstruktion spezifische Rücksichten,z.B.This problem is solved by the characterizing part of the claim 1. By the then provided magnetic decoupling of the mechanical energy The linearly oscillating working piston makes it possible to optimally use a free piston engine designed without specific considerations in the construction, e.g.

hinsichtlich Lagerung und Materialwahl, zu nehmen.regarding storage and choice of materials.

Die magnetisch ausgekoppelte Bewegung kann extern durch alle bekannten mechanischen Kraftübertragungs-und Umsetzungssysteme beliebigen Sekundäraggregaten zugeführt werden. Soweit derartige Sekundär- oder Subaggregate keine rotierende, sondern lineare Bewegungen benötigen, kann die ausgekoppelte lineare Schwingungsenergie direkt abgenommen werden. Die magnetische Auskopplung bietet weiterhin den Vorteil, daß sie als Rutschkupplung beim Auftreten von Überlasten wirkt.The magnetically decoupled movement can be externally known by all mechanical power transmission and conversion systems any secondary units are fed. If such secondary or sub-assemblies do not have rotating, but require linear movements, the decoupled linear vibration energy can can be removed directly. The magnetic decoupling also offers the advantage that it acts as a slip clutch when overloads occur.

Eine besonders einfache Ausführungsform der erfinSul mäßen Lösung gibt Anspruch 2 an. Die danach außerhalb des Gehäuses angeordneten Magneten können sowohl als Permanentmagneten als auch als Elektromagneten ausgebildet sein. Dabei müssen für die Stromversorgung vtn Elektromagneten keine elektrischen Leitungen in das Innere des Gehäuses geführt werden, da sich dort lediglich Weicheisenteile befinden.A particularly simple embodiment of the solution according to the invention indicates claim 2. The magnets then arranged outside the housing can be designed both as permanent magnets and as electromagnets. Included no electrical lines need to be used for the power supply of electromagnets be guided into the interior of the housing, since there are only soft iron parts are located.

Durch die Ausbildung der äußeren Magneten als Elektrom;agneten und durch das Vorsehen einer Wechselspannungsquelle entsprechend Anspruch 3 kann auf die Kolben eine dynamische Vibrationseinwirkung zur Erzielung einer zusätzlichen dynamischen Dichtung ausgeübt werden.Because the external magnets are designed as electromagnets and by providing an AC voltage source according to claim 3 can be the piston a dynamic vibration effect to achieve an additional dynamic seal are exercised.

Gemäß Anspruch 5 ist vorteilhafterweise eine Vorrichtung zur Koordination der Phasenlage von Arbeits- und Verdrängerkolben vorgesehen. Diese Vorrichtung ist entsprechend Anspruch 6 vorzugsweise als mechanisches Getriebe, insbesondere als Kurbelwellengetriebe ausgebildet.According to claim 5, there is advantageously a device for coordination the phase position of the working piston and displacement piston is provided. This device is according to claim 6 preferably as a mechanical transmission, in particular as Crankshaft transmission formed.

Diese Ausgestaltung ermöglicht es, daß der innere Bewegungsablauf von Arbeits- und Verdrängerkolben sich nicht frei schwingend einstellen muß, sondern definiert entsprechend einer gewünschten Kinematik, d.h. entsprechend dem gewählten, regenerativen, extern beheizten, thermodynamischen Zyklus abläuft. Damit wird aber erreicht, daß die mit einem freien Einschwingen verbundenen Probleme, z.B. hinsichtlich der Zentrierung, des Überschwingverhaltens in wechselnden Lastbereichen und sonstige mit der Kinematik der Freikolbenmaschine verbundenen Schwierigkeiten vermieden werden. Dies führt zu einer wesentlichen Vereinfachung des Freikolbenteils unter Vermeidung der herkömmlicherweise erforderlichen aktiven und passiven Regelsysteme. Zur Realisierung der Erfindung kann auf -an sich ausgereiften mechanischen Phasenkopplungstechniken zurückgegriffen werden, so daß es problemlos möglich ist, derartige Motoren ausgehend von einem Grundtyp in ganz unterschiedlichen Leistungsklassen zu realisieren.This configuration makes it possible that the internal sequence of movements of working piston and displacement piston does not have to adjust freely swinging, but defined according to a desired kinematics, i.e. according to the selected, regenerative, externally heated, thermodynamic cycle takes place. But with that achieves that the problems associated with free settling, e.g. the centering, the overshoot behavior in changing load ranges and others difficulties associated with the kinematics of the free piston machine are avoided. This leads to a significant simplification of the free piston part while avoiding it that conventionally required active and passive control systems. In order to implement the invention, sophisticated mechanical phase coupling techniques can be used can be used, so that it is possible without problems starting from such engines of one basic type in very different performance classes.

Erfindungsgemäß werden also die magnetischen Kupplungseinrichtungen und das nachgeschaltete mechanische Getriebe einerseits dazu verwendet, eine optimale Auskopplung der mechanischen Energie zur weiteren Verwertung zu erreichen, und andererseits um den schwingenden Kolben eine durch ein mechanisches Getriebe exakt definiert vorgegebene Phasenlage und ein entsprechend koordiniertes Schwingungsverhalten aufzuprägen.The magnetic coupling devices are thus according to the invention and the downstream mechanical transmission is used on the one hand to achieve an optimal To achieve extraction of the mechanical energy for further utilization, and on the other hand around the oscillating piston one precisely defined by a mechanical gear to impress a specified phase position and a correspondingly coordinated vibration behavior.

Damit werden auch die Schwierigkeiten herkömmlicher Freikolbenmaschinen vermieden, welche im Anlaufbereich und bei Laständerungen auftraten. Es werden somit sämtliche Vorteile von Freikolbenmaschinen erreicht, indem die grundsätzlichen Dichtungsprobleme vermieden werden, und andererseits werden die für Freikolbenmaschinen typischen Probleme problemlos beherrscht, welche aus dem komplizierten Verhalten eines frei schwingenden Systems resultieren.This also eliminates the difficulties of conventional free piston machines avoided, which occurred in the start-up area and with load changes. So it will be all the advantages of free piston machines achieved by eliminating the basic sealing problems should be avoided and, on the other hand, those typical of free piston machines Problems easily mastered, which free from the complicated behavior of a vibrating system result.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung.Further features, advantages and details of the invention result from the following description of a preferred embodiment with reference to FIG Drawing.

Dabei zeigen Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße, nach dem Stirling-Prinzip arbeitende Freikolbenmaschine mit magnetischen Auskopplungseinrichtungen und nachgeschaltetem mechanischem Getriebe, und Fig. 2 einen schematischen Schnitt, welcher die Entstehung der axialen Kraftübertragungskomponente veranschaulicht.1 shows a schematic section through an inventive, Free-piston machine working according to the Stirling principle with magnetic decoupling devices and downstream mechanical transmission, and Fig. 2 is a schematic Section, which illustrates the origin of the axial force transmission component.

Fig. 1 zeigt ein Gehäuse 1, welches als Druckzylinder ausgebildet ist. In diesem Gehäuse 1 ist ein Arbeitskolben 2 angeordnet, welcher an einem Führungsgestänge 3 linear auf- und abbeweglich gelagert ist. Weiterhin ist in dem Gehäuse 1 ein Verdrängerkolben 4 angeordnet, welcher gleichermaßen über das Gestänge 3 geführt ist. Ein Erhitzer 5, ein Regenerator 6 und ein Kühler 7 sind so angeordnet, daß sie einen Innenraum 11, welcher durch den Verdrängerkolben 4, den Arbeitskolben 2 und das Gehäuse 1 eingeschlossen wird, mit einem Innenraum 12, welcher zwischen dem Gehäuse 1 und dem Verdrängerkolben 4 eingeschlossen ist, verbinden. Der Erhitzer 5 ist, wie im einzelnen nicht dargestellt, mit einer externen Wärmequelle verbunden.Fig. 1 shows a housing 1 which is designed as a pressure cylinder is. In this housing 1, a working piston 2 is arranged, which is attached to a guide rod 3 is mounted so that it can move up and down linearly. Furthermore, a displacement piston is in the housing 1 4 arranged, which is also guided via the linkage 3. A heater 5, a regenerator 6 and a cooler 7 are arranged to have an interior space 11, which by the displacement piston 4, the working piston 2 and the housing 1 is included, with an interior 12 which is between the housing 1 and the displacer 4 is included, connect. The heater 5 is, as in individual not shown, connected to an external heat source.

Der Verdrängerkolben 4 ist über ein Gestänge 13 mit einer ersten inneren Kopplungseinrichtung 9 verbunden, während der Arbeitskolben 2 über ein Gestänge 14 mit einer zweiten inneren Kopplungseinrichtung 15 verbunden ist. Beide Kopplungseinrichtungen 9, 15 sind als Weicheisenringe ausgebildet, welche radial nach außen offene Nuten 16 bzw. 17 aufweisen.The displacement piston 4 is via a linkage 13 with a first inner Coupling device 9 connected, while the working piston 2 via a linkage 14 is connected to a second inner coupling device 15. Both coupling devices 9, 15 are designed as soft iron rings which have radially outwardly open grooves 16 and 17 respectively.

Das Gehäuse 1 oder zumindest der Gehäusebereich um die Kopplungseinrichtungen 9, 15 ist aus einem unmagnetischen Material hergestellt. Hierfür kann z.B. ein Kunststoff oder aber ein unmagnetisches Metall, wie z.B. Aluminium,Verwendung finden. Im letztgenannten Fall müssen lediglich gewisse Wirbelstromverluste bei der Auskopplung in Kauf genommen werden.The housing 1 or at least the housing area around the coupling devices 9, 15 is made of a non-magnetic material. A plastic, for example, can be used for this or a non-magnetic metal such as aluminum can be used. In the latter In this case, only certain eddy current losses have to be accepted during the coupling out will.

Außerhalb des Gehäuses 1 sind in Höhe der Kopplungseinrichtungen 9, 16 korrespondierende Kopplungseinrichzungen 8, 18 angeordnet. Diese Kopplungseinrichtungen erden gebildet durch je einen ringförmigen Permanentmagneten, welcher nach innen offene Ringnuten 19 bzw. 20 aufweist. Anstelle der der Einfachheit halber dargestellten Permanentmagneten können auch entsprechend ausgebildeten Elektromagneten verwendet werden, wobei es gleichermaßen möglich ist, die Elektromagneten mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom zu betreiben.Outside the housing 1 are at the level of the coupling devices 9, 16 corresponding coupling devices 8, 18 are arranged. These coupling devices earth formed by a ring-shaped permanent magnet, which goes inwards has open annular grooves 19 and 20, respectively. Instead of that shown for simplicity Permanent magnets can also be used with appropriately designed electromagnets be, it is equally possible to use the electromagnet with direct current or to operate with alternating current.

Die äußeren Kopplungseinrichtungen 8, 18 sind mit je einem Gestänge 21 bzw. 22 verbunden, wobei beide Gestänge 21 bzw. 22 in axialer Richtung unabhängig voneinander beweglich gelagert sind. Das Gestänge 21 ist über Gelenkpunkte 23, 24 und das Gestänge 22 ueber Gelenkpunkte 25, 26 mit einem als Kurbeltrieb ansgebilde en mechanischen Getriebe lo verbunden.The outer coupling devices 8, 18 each have a linkage 21 and 22 connected, the two linkages 21 and 22 being independent in the axial direction are movably mounted from one another. The linkage 21 is via articulation points 23, 24 and the linkage 22 via articulation points 25, 26 with a structure as a crank drive en mechanical transmission lo connected.

Das mechanische Getriebe lo, welches als solches von herkömmlichen Stirling-Motoren bekannt ist, ist in der Zeichnung nur schematisch dargestellt. Durch die ahl der Winkellage der Anlenkpunkte 24, 26 wird der Phasenwinkel r zwischen Arbeitskolben 2 und Verdrängerkolben 4 vorgegeben. Aufgrund der Kopplung zwischen Getriebe lo und Arbeitskolben 2 bzw. Verdrängerkolben 4 ist eine feste Phasenlage sowohl beim Anlaufen als auch beim Auftreten von Lastwechseln zwischen Arbeitskolben 2 und Verdrängerkolben 4 gesichert. Zur Erreichung eines optimalen Wirkungsgrades sind die Kolben 2, 4 und die Gaswege bzw. Gasräume so dimensioniert, daß im Falle eines idealen, freien Schwingens sich ein Phasenwinkel g , z.B. von 900, einstellen würde, wie er durch das Getriebe 10 vorgegeben wird. Hierdurch wird ein besonders günstiger Wirkungsgrad erzielt, da das Getriebe lo dann lediglich in den kritiscklen Bereichen auf die Phasenlage von Arbeitskolben 2 und Verdrängerkolben 4 rückwirkt. Gleichzeitig dient die Abtriebswelle 27 des Getriebes 10 zum Antrieb nachgescralteter Aggregate, so daß eine sehr günstige Alskopplung der mechanischen Energie von Verdränger- und Arbeitskolben 4, 2 erreicht wird.The mechanical transmission lo, which as such by conventional Stirling engines is known is shown only schematically in the drawing. Due to the angular position of the pivot points 24, 26, the phase angle r is between Working piston 2 and displacement piston 4 are specified. Due to the coupling between Gear lo and working piston 2 or displacement piston 4 is a fixed phase position both when starting up and when load changes occur between working pistons 2 and displacement piston 4 secured. To achieve optimal efficiency the pistons 2, 4 and the gas paths or gas spaces are dimensioned so that in the event of ideal, free oscillation, a phase angle g, e.g. of 900, is established as it is specified by the transmission 10. This makes a special one favorable efficiency achieved, since the gear then only lo in the critical areas on the phase position of working piston 2 and displacement piston 4 acts back. At the same time, the output shaft 27 of the transmission 10 is used for the drive nachgescralteter aggregates, so that a very favorable coupling of the mechanical Energy from displacer and working piston 4, 2 is achieved.

In Fig. 2 ist dargestellt, wie aufgrund der Geometrie der äußeren und inneren Kopplungseinrichtungen 8, 9, welche aufeinanderzu geöffnete Ringnuten 2c bzw. 17 aufweisen, bei einer axialen Relativbewegung zwischen der Kopplungseinrichtung 8 und 9 eine axiale Kraftkomponente F entsteht, welche die angestrebte Koppelkraft darstellt. Bei der Vernachlässigung von Wirbelstromverlusten, wenn also das Gehäuse 1, welches lediglich den kalten Teil der Maschine umhüllt, aus isolierendem Kunststoff hergestellt ist, ergibt sich eine Kupplungskraft von ca. 800 Newton, wenn man eine Luftspaltinduktion von o,5 Tesla und einen Kolbendurchmesser D von 25 cm bei einem Luftspalt L von 1 cm zugrundegelegt.In Fig. 2 it is shown how due to the geometry of the outer and inner coupling devices 8, 9, which annular grooves open towards one another 2c or 17 have, with an axial relative movement between the coupling device 8 and 9 an axial force component F arises, which the desired coupling force represents. When neglecting eddy current losses, if so the housing 1, which only covers the cold part of the machine, made of insulating plastic is established, there is a clutch force of approx. 800 Newtons if you have one Air gap induction of 0.5 Tesla and a piston diameter D of 25 cm for one Air gap L of 1 cm assumed.

Die rechnerische Berücksichtigung von Wirbelstromverlusten bei Verwendung eines leitfähigen Gehäuses 1, z.B.The computational consideration of eddy current losses when using a conductive housing 1, e.g.

aus Aluminium, zeigt, daß die in Betracht zu ziehenden Verluste lediglich geringfügig sind.made of aluminum, shows that the losses to be taken into account are only are minor.

Claims

Claims ro a heat engine, in particular a Stirling engine, comprising a displacement piston and a working piston which are coupled to one another in a housing that is sealed off from the outside and is arranged linearly guided so that it can vibrate are, the gas space between the displacer and working piston with the gas space between Displacement piston and housing via a heater, cooler, regenerator arrangement is connected, and wherein an external heat source can be connected, characterized in that that at least with the working piston (2) a magnetic or magnetizable, coupling device (9, 15) arranged within the housing (1) is connected, and that a corresponding magnetic or magnetizable coupling device (8, 18) is movably mounted outside the housing (1) parallel to the piston path.

2. Heat engine according to claim 1, characterized in that the coupling device (9, 15) within the housing (1) by means of a soft iron ring and the coupling device (8, 18) outside the housing (1) by at least a magnet is formed.

3. Heat engine according to claim 2, characterized in that the coupling device (9, 15) within the housing, annular grooves open to the outside (16, 17) and the coupling device (8, 18) outside the housing (1) inwards has open annular grooves (19, 20).

4. Heat engine according to claim 2 or 3, characterized in that that the outside of the housing (1) arranged coupling device (8, 18) a Includes electromagnet which can be connected to an AC voltage source.

5. Heat engine according to one of claims 1 to 4, characterized in that that both the working piston (2) and the displacement piston (4) with a coupling device (9, 15) is provided, the corresponding external coupling devices (8, 18) connected via a device which determines their mutual phase position are.

6. Heat engine according to claim 5, characterized in that the device for specifying the phase position is a mechanical transmission (10), in particular is a crankshaft transmission.