AT526919B1

AT526919B1 - Piston engine

Info

Publication number: AT526919B1
Application number: ATA50388/2023A
Authority: AT
Inventors: Friedl Rainhard; Friedl Michelle; Friedl Jacqueline
Original assignee: Friedl Rainhard
Priority date: 2023-03-01
Filing date: 2023-05-17
Publication date: 2024-09-15
Also published as: AT526919A4; WO2024178444A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine (10) zur Abgabe oder Abnahme von Arbeit aus oder an ein gasförmiges oder flüssiges Arbeitsmedium, umfassend zumindest einen Zylinder (1) in dem ein Kolben (2) angeordnet ist, wobei der Kolben (2) im Arbeitsraum (3) des Zylinders (1) derart geführt ist, dass dieser eine oszillierende Bewegung entlang der Zylinderachse als auch eine rotierende Bewegung um die Zylinderachse, insbesondere eine sinusförmige Drehhubbewegung, ausführt, wobei der Kolben (2), insbesondere über eine Kolbenstange (29), mit einem Getriebemechanismus (9) zur Zwangsführung des Kolbens (2) und zur Umwandlung der Drehhubbewegung in eine Drehbewegung verbunden ist, wobei die Kolbenmaschine (10) zumindest einen Einlasskanal (4) für den Einlass des Arbeitsmediums in den Arbeitsraum (3) und zumindest einen Auslasskanal (5) für den Auslass des Arbeitsmediums aus dem Arbeitsraum (3) aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Einlasskanal (4) und der Auslasskanal (5) im Zylindermantel (11) derart angeordnet sind, dass der Kolben (2) mit dessen Kolbenhemd (21) den Einlasskanal (4) und den Auslasskanal (5) bei dessen Drehhubbewegung überstreift und diese zyklisch, insbesondere vollständig, abdeckt und wieder freigibt und wobei der Einlasskanal (4) und der Auslasskanal (5) mit dem Kolben (2) derart angeordnet und ausgebildet sind, dass jeweils der Einlasskanal (4) und der Auslasskanal (5) unabhängig voneinander gegen den Arbeitsraum (3) für das Arbeitsmedium dynamisch abgedichtet sind, wobei jeweils die dichtwirksame Fläche zwischen dem Kolbenhemd (21) und dem Einlasskanal (4) und/oder den Auslasskanal (5) um den Einlasskanal (4) und/oder den Auslasskanal (5) herum angeordnet ist.The invention relates to a piston machine (10) for delivering or taking work from or to a gaseous or liquid working medium, comprising at least one cylinder (1) in which a piston (2) is arranged, wherein the piston (2) is guided in the working chamber (3) of the cylinder (1) in such a way that it carries out an oscillating movement along the cylinder axis as well as a rotating movement about the cylinder axis, in particular a sinusoidal rotary stroke movement, wherein the piston (2), in particular via a piston rod (29), is connected to a gear mechanism (9) for forcibly guiding the piston (2) and for converting the rotary stroke movement into a rotary movement, wherein the piston machine (10) has at least one inlet channel (4) for the inlet of the working medium into the working chamber (3) and at least one outlet channel (5) for the outlet of the working medium from the working chamber (3). According to the invention, the inlet channel (4) and the outlet channel (5) are arranged in the cylinder jacket (11) in such a way that the piston (2) with its piston skirt (21) passes over the inlet channel (4) and the outlet channel (5) during its rotary stroke movement and cyclically, in particular completely, covers them and then uncovers them again, and wherein the inlet channel (4) and the outlet channel (5) with the piston (2) are arranged and designed in such a way that the inlet channel (4) and the outlet channel (5) are dynamically sealed independently of one another against the working chamber (3) for the working medium, wherein the sealing surface between the piston skirt (21) and the inlet channel (4) and/or the outlet channel (5) is arranged around the inlet channel (4) and/or the outlet channel (5).

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine zur Abgabe oder Abnahme von Arbeit aus oder an ein gasförmiges oder flüssiges Arbeitsmedium gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 20, einen Verdichter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 21 und einen Dampfexpander gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 22. [0001] The invention relates to a piston engine for delivering or receiving work from or to a gaseous or liquid working medium according to the preamble of patent claim 1 and to an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 20, a compressor according to the preamble of patent claim 21 and a steam expander according to the preamble of patent claim 22.

[0002] Aus dem Stand der Technik sind eine Mehrzahl von Drehhubkolben-Verdrängermaschinen bekannt, bei denen ein Arbeitsmedium expandiert und über den Druck eine Kraft auf einen Kolben aufbringt, der dann über eine Zwangskinematik sowohl in eine Drehung als auch eine Hubbewegung versetzt wird. Eine derartige Drehhubkolbenmaschine ist beispielsweise aus der EP 0240467 A1 bekannt. Hierbei erfolgt der Leistungsabtrieb mit einer zentralen Welle, auf der der Drehhubkolben längs verschiebbar aber drehstarr gelagert ist. Die Bewegungsumwandlung erfolgt mit einer taumelscheibenartigen Welle und einem Ubertragungselement. [0002] A number of rotary piston displacement machines are known from the prior art, in which a working medium expands and applies a force to a piston via the pressure, which is then set into both a rotation and a lifting movement via a forced kinematics. A rotary piston machine of this type is known, for example, from EP 0240467 A1. The power output is achieved with a central shaft on which the rotary piston is mounted so that it can be moved longitudinally but is rotationally rigid. The movement is converted using a wobble plate-like shaft and a transmission element.

[0003] Ähnliche aus dem Stand der Technik bekannte Hubkolbenmaschinen sind beispielsweise aus der US 5517952 A, US 1572068 A, EP 0320171 A1 und DE 3038673 A1 bekannt. Die aus dem Stand der Technik bekannten Hubkolbenmaschinen mit einem Drehhubkolben sowie die aus dem Stand der Technik bekannten Schiebermotoren als auch Drehschiebersteuerungen konnten aufgrund vielfältiger Probleme außerhalb der Theorie keine breite Anwendung finden. In den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen konnten beispielsweise thermische Probleme, Probleme der Schmierung sowie der sehr komplexe Aufbau der Konstruktion und insbesondere Dichtungsprobleme nicht zufriedenstellend gelöst werden. Insbesondere verursachten die aus dem Stand der Technik bekannten Kolbenringe, die zur Dichtung des Arbeitsraums gegenüber den restlichen Maschinenteilen verwendet werden, keine zufriedenstellende Abdichtung gewährleisten. [0003] Similar reciprocating piston machines known from the prior art are known, for example, from US 5517952 A, US 1572068 A, EP 0320171 A1 and DE 3038673 A1. The reciprocating piston machines known from the prior art with a rotary piston as well as the slide motors and rotary slide controls known from the prior art could not find widespread use due to a variety of problems outside of theory. In the devices known from the prior art, for example, thermal problems, lubrication problems and the very complex structure of the construction and in particular sealing problems could not be solved satisfactorily. In particular, the piston rings known from the prior art, which are used to seal the working space against the remaining machine parts, did not ensure satisfactory sealing.

[0004] Weiters sind aus der US 2962008 A und der US 1777007 A jeweils eine Kolbenmaschine mit einem Zylinder, einem Einlass und Auslasskanal bei der der Kolben im Arbeitsraum des Zylinders derart geführt ist, dass dieser eine oszillierende Bewegung entlang der Zylinderachse als auch eine rotierende Bewegung um die ausführt. [0004] Furthermore, US 2962008 A and US 1777007 A each disclose a piston engine with a cylinder, an inlet and outlet channel in which the piston is guided in the working space of the cylinder in such a way that it executes an oscillating movement along the cylinder axis as well as a rotating movement about it.

[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine universelle Hub-Kolbenmaschine oder Verdrängermaschine bereitzustellen, die sowohl als Arbeits- und Kraftmaschine verwendet werden kann und auf aufwendige Ventiltriebe mit z.B. Tellerventilen verzichtet. [0005] The object of the present invention is therefore to provide a universal reciprocating piston machine or displacement machine which can be used both as a working machine and as a power machine and which dispenses with complex valve trains with, for example, disk valves.

[0006] Die vorliegende Aufgabe wird bei einer Kolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. [0006] The present object is achieved in a piston engine according to the preamble of patent claim 1 with the characterizing features.

[0007] Vorteil der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine ist, dass mit dieser sowohl eine symmetrische als auch eine asymmetrische Steuerung der gasförmigen und flüssigen Arbeitsmedien durchführbar ist, als auch die üblicherweise komplexen und fehleranfälligen Kurbeltriebe nicht mehr benötigt werden. Weiters wird durch die erfindungsgemäße Kolbenmaschine eine kompakte Bauweise mit wenig bewegten Teilen sowie ein wartungsarmer und effizienter Betrieb ermöglicht. Die erfindungsgemäße Abdichtung sowohl des Einlasskanals als auch des Auslasskanals gegenüber dem Arbeitsraum haben weiters gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Kolbenringdichtungen zum Vorteil, dass sowohl unerwünschte Druckverluste und Leckagen in den Arbeitsraum zuverlässig vermieden werden als auch dass das Dichtungskonzept zuverlässig und einfach ausgebildet ist. [0007] The advantage of the piston machine according to the invention is that it can be used to control the gaseous and liquid working media both symmetrically and asymmetrically, and the crank drives, which are usually complex and prone to errors, are no longer required. Furthermore, the piston machine according to the invention enables a compact design with few moving parts and low-maintenance and efficient operation. The sealing according to the invention of both the inlet channel and the outlet channel with respect to the working chamber also has the advantage over the piston ring seals known from the prior art that both unwanted pressure losses and leaks in the working chamber are reliably avoided and that the sealing concept is reliable and simple.

[0008] Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Einlass- als auch Auslasskanäle, die im Zylindermantel angeordnet sind, ist die erfindungsgemäße Kolbenmaschine auch sehr klein und benötigt wenig Bauraum, da der Totraum für die aus dem Stand der Technik bekannten Ventile, beispielsweise Tellerventile, entfällt. Weiters hat die erfindungsgemäße Kolbenmaschine im Wesentlichen nur ein oszillierend bewegtes Bauteil, also den Kolben, der sowohl als Steuerung für das Arbeitsfluid als auch zur Aufbringung und Abnahme der Expansions- und Kompressionskräfte dient. Weiters wird durch das Entfallen des Kurbeltriebs ein vibrationsarmer Lauf der Kolbenma-[0008] Due to the inventive arrangement of the inlet and outlet channels, which are arranged in the cylinder jacket, the piston machine according to the invention is also very small and requires little installation space, since the dead space for the valves known from the prior art, for example disk valves, is eliminated. Furthermore, the piston machine according to the invention essentially has only one oscillating component, i.e. the piston, which serves both as a control for the working fluid and for the application and removal of the expansion and compression forces. Furthermore, the elimination of the crank drive enables the piston machine to run with little vibration.

schine bewerkstelligt, die auch durch die kompakte Bauweise und die gering bewegten Bauteile keinen aufwändigen Massenausgleich, wie bei laut dem Stand der Technik Kolbenmaschinen, benötigt. machine, which, due to its compact design and the low movement of components, does not require any complex mass balancing, as is the case with state-of-the-art piston machines.

[0009] Als dichtwirksame Fläche wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Fläche jene FIäche verstanden, an der die Dichtwirkung zwischen dem Kolbenhemd und dem Einlasskanal und/oder Auslasskanal stattfindet. Diese kann dabei erfindungsgemäß berührungslos oder durch direkt am Kolbenhemd aufliegende Dichtelemente ausgeführt sein. Wesentlich ist jedoch für die Erfindung, dass die Dichtwirkung um den Einlasskanal und/oder den Auslasskanal gegenüber dem Arbeitsraum erfolgt, wenn der Kolben diese mit dem Kolbenhemd abdeckt. [0009] In connection with the present surface, the sealing surface is understood to be the surface on which the sealing effect takes place between the piston skirt and the inlet channel and/or outlet channel. According to the invention, this can be carried out without contact or by means of sealing elements lying directly on the piston skirt. However, it is essential for the invention that the sealing effect takes place around the inlet channel and/or the outlet channel with respect to the working space when the piston covers it with the piston skirt.

[0010] Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine werden durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche näher definiert: [0010] Particularly advantageous embodiments of the piston engine according to the invention are defined in more detail by the features of the dependent claims:

[0011] Eine besonders einfache Möglichkeit der Dichtung wird bereitgestellt, indem dass die Kolbenmaschine eine Anzahl von Dichtungseinheiten aufweist, wobei die Dichtungseinheiten jeweils eine Dichtungshülse aufweisen die auf das Kolbenhemd des Kolbens andrückbar sind, wobei jeweils eine Dichtungseinheit, insbesondere die Dichtungshülse, um den Einlasskanal und eine Dichtungseinheit, insbesondere die Dichtungshülse, um den Auslasskanal angeordnet ist und jeweils den Einlasskanal und den Auslasskanal gegen den Arbeitsraum abdichten, wobei die Dichtungseinheit, insbesondere die Dichtungshülse, derart ausgebildet ist, dass diese beim UÜberstreichen des Einlasskanales und/oder des Auslasskanales durch den Kolben permanent in zumindest zwei Punkten am Kolbenhemd aufliegt, wobei insbesondere die Dichtungseinheit, bevorzugt die Dichtungshülse, orbikular an den Radius des Kolbenhemds angepasst ausgeformt ist. [0011] A particularly simple possibility for sealing is provided in that the piston engine has a number of sealing units, wherein the sealing units each have a sealing sleeve which can be pressed onto the piston skirt of the piston, wherein one sealing unit, in particular the sealing sleeve, is arranged around the inlet channel and one sealing unit, in particular the sealing sleeve, is arranged around the outlet channel and each seals the inlet channel and the outlet channel against the working space, wherein the sealing unit, in particular the sealing sleeve, is designed in such a way that it permanently rests on the piston skirt at least at two points when the piston passes over the inlet channel and/or the outlet channel, wherein in particular the sealing unit, preferably the sealing sleeve, is shaped in an orbicular manner to match the radius of the piston skirt.

[0012] Durch die Dichtungseinheiten und die Drehhubkinematik ist es besonders einfach möglich, sowohl symmetrische als auch eine asymmetrische Steuerzeiten der Arbeitsfluide bzw. Ladungswechsel bezogen auf den oberen Totpunkt oder den unteren Totpunkt des Kolbens zu ermöglichen, ohne dabei eigene Ventiltriebe, Tellerventile, Nockenwellen usw. zu benötigen. Die erfindungsgemäße Kolbenmaschine ist daher sowohl für einen im Viertaktprinzip arbeitenden Verbrennungsmotor als auch für einen effizienten Dampfgasexpander, der mittels CR- oder ORCProzessen betrieben wird, als auch als Verdichter geeignet. [0012] The sealing units and the rotary stroke kinematics make it particularly easy to enable both symmetrical and asymmetrical control times of the working fluids or charge exchange in relation to the top dead center or the bottom dead center of the piston, without requiring separate valve trains, poppet valves, camshafts, etc. The piston engine according to the invention is therefore suitable both for a combustion engine operating on the four-stroke principle and for an efficient steam gas expander operated by means of CR or ORC processes, as well as a compressor.

[0013] Durch die Dichtungseinheiten, insbesondere die Dichtungshülse, werden der Einlasskanal sowie der Auslasskanal stets vom Arbeitsraum abgedichtet bzw. zu diesem abgetrennt und so eine vorteilhafte Abdichtung erreicht. Die Dichtungshülse ist dabei vorteilhaft rund oder elliptisch ausgebildet und verläuft vollständig um die Mündung des Einlasskanals bzw des Auslasskanals herum. [0013] The sealing units, in particular the sealing sleeve, always seal the inlet channel and the outlet channel from the working space or separate them from it, thus achieving an advantageous seal. The sealing sleeve is advantageously round or elliptical and runs completely around the mouth of the inlet channel or the outlet channel.

[0014] Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Dichtungseinheiten eine Feder aufweisen, wobei mittels der Feder die Dichtungseinheiten, insbesondere die Dichtungshülse an das Kolbenhemd des Kolbens andrückbar sind. Durch die Federbelastung der Dichtungseinheiten in Richtung des Kolbens wird zuverlässig gewährleistet, dass stets die Dichtungseinheit bzw. die Dichtungshülse am Kolben anliegt und bei der Drehhubbewegung des Kolbens eine dynamische Dichtung mit einfachen Bauteilen erreicht wird. [0014] Preferably, it can be provided that the sealing units have a spring, whereby the sealing units, in particular the sealing sleeve, can be pressed against the piston skirt of the piston by means of the spring. The spring loading of the sealing units in the direction of the piston reliably ensures that the sealing unit or the sealing sleeve always rests against the piston and that a dynamic seal is achieved with simple components during the rotary stroke movement of the piston.

[0015] Um die Kraft, mit der die Dichtungseinheit gegen den Kolben gedrückt wird, einfach einstellen zu können und die Reibung zu optimieren, kann vorgesehen sein, dass die Dichtungseinheiten mit dem Arbeitsraum oder dem Einlasskanal und/oder dem Auslasskanal über druckübertragende Kanäle verbunden sind, wobei der vorherrschende Differenzdruck zwischen dem Einlasskanal oder dem Auslasskanal zum Arbeitsraum über den Kanal an die Dichtungseinheit, insbesondere die Dichtungshülse, übertragbar und die Dichtungseinheit, insbesondere die Dichtungshülse, in Richtung des Kolbenhemds andrückbar ist. Weiters kann so auch die Feder kleiner gewählt werden, da die Federkraft durch die Druckdifferenz unterstützt wird. [0015] In order to be able to easily adjust the force with which the sealing unit is pressed against the piston and to optimize the friction, it can be provided that the sealing units are connected to the working chamber or the inlet channel and/or the outlet channel via pressure-transmitting channels, whereby the prevailing differential pressure between the inlet channel or the outlet channel to the working chamber can be transmitted via the channel to the sealing unit, in particular the sealing sleeve, and the sealing unit, in particular the sealing sleeve, can be pressed in the direction of the piston skirt. Furthermore, the spring can also be selected to be smaller, since the spring force is supported by the pressure difference.

[0016] Eine bevorzugte Ausführungsform der Kolbenmaschine wird bereitgestellt, indem der Kolben einen Kolbenboden aufweist, der in Bezug auf die Stirnfläche des Kolbens zurückversetzt ist, sodass der Kolben einen zum Arbeitsraum hin offenen Hohlraum ausbildet, wobei der Kolben zumindest einen im Kolben ausgebildeten Kolbeneinlasskanal aufweist, der eine Verbindung vom [0016] A preferred embodiment of the piston machine is provided in that the piston has a piston bottom which is set back with respect to the end face of the piston, so that the piston forms a cavity open towards the working chamber, wherein the piston has at least one piston inlet channel formed in the piston, which has a connection from

Kolbenhemd in den Hohlraum und/oder zum Kolbenboden ausbildet und das Einströmen des Arbeitsmediums in den Arbeitsraum bei UÜberstreichen des Einlasskanales durch den Kolben ermöglicht und wobei der Kolben zumindest einen im Kolben ausgebildeten Kolbenauslasskanal aufweist, der eine Verbindung zwischen dem Hohlraum und/oder dem Kolbenboden zum Kolbenhemd ausbildet und das Ausströmen des Arbeitsmediums aus dem Arbeitsraum bei UÜberstreichen des Auslasskanales durch den Kolben ermöglicht. Die bevorzugte Ausführungsform des Kolbens mit zurückversetztem Kolbenboden ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise der Kolbenmaschine, sodass nicht nur das UÜberstreichen des Einlass- bzw. Auslasskanals durch die Stirnfläche des Kolbens das Einströmen des Arbeitsmediums in den Arbeitsraum bewirkt, sondern dass das Arbeitsmedium über die jeweils nach den Steuerzeiten überlappenden Einlassbzw. Auslasskanal mit dem Kolbeneinlass- bzw. Kolbenauslasskanal das Arbeitsmedium in den Arbeitsraum strömen kann. Piston skirt into the cavity and/or to the piston crown and enables the working medium to flow into the working chamber when the piston passes over the inlet channel, and wherein the piston has at least one piston outlet channel formed in the piston, which forms a connection between the cavity and/or the piston crown to the piston skirt and enables the working medium to flow out of the working chamber when the piston passes over the outlet channel. The preferred embodiment of the piston with a recessed piston crown enables a particularly compact design of the piston engine, so that not only does the passing over of the inlet or outlet channel by the end face of the piston cause the working medium to flow into the working chamber, but the working medium can flow into the working chamber via the inlet or outlet channel, which overlap with the piston inlet or outlet channel according to the control times.

[0017] Um asymmetrische Steuerzeiten noch vorteilhafter ausbilden zu können, kann vorgesehen sein, dass der Einlasskanal und/oder der Auslasskanal sich über einen Abschnitt der Bewegung, insbesondere sinusförmigen Verlauf, des Kolbenhemds, vorzugsweise des Kolbeneinlasskanals und/oder des Kolbenauslasskanals, folgend erstrecken, wobei insbesondere die Einmündung des Einlasskanales und/oder des Auslasskanales in den Zylinder eine sinusförmige Erstreckung in der Zylindermantel aufweisen, und/oder dass die Mündung des Kolbeneinlasskanal und/oder die Mündung des Kolbenauslasskanals am Kolbenhemd eine einem Abschnitt der Bewegung des Kolbens entsprechenden, insbesondere teil sinusförmigen, Erstreckung aufweisen. Wenn der Kolbeneinlasskanal bzw. der Kolbenauslasskanal oder der Einlasskanal und/oder der Auslasskanal sich über einen gewissen Abschnitt der sinusförmigen Bewegung bzw. der Bewegung des Kolbens erstrecken, können die Steuerzeiten, also die Einlass- und Auslasszeiten des Arbeitsmediums verlängert werden und derart, je nach Bedarf, für den Einlass bzw. Auslass des Arbeitsmediums diese über einen größeren Bereich der Bewegung des Kolbens realisiert werden. [0017] In order to be able to design asymmetric control times even more advantageously, it can be provided that the inlet channel and/or the outlet channel extend over a section of the movement, in particular a sinusoidal course, of the piston skirt, preferably the piston inlet channel and/or the piston outlet channel, wherein in particular the mouth of the inlet channel and/or the outlet channel in the cylinder has a sinusoidal extension in the cylinder jacket, and/or that the mouth of the piston inlet channel and/or the mouth of the piston outlet channel on the piston skirt have an extension corresponding to a section of the movement of the piston, in particular a partially sinusoidal extension. If the piston inlet channel or the piston outlet channel or the inlet channel and/or the outlet channel extend over a certain section of the sinusoidal movement or the movement of the piston, the control times, i.e. the inlet and outlet times of the working medium, can be extended and thus, depending on requirements, for the inlet or outlet of the working medium, these can be realized over a larger range of the movement of the piston.

[0018] Um den meist höheren Druck des Arbeitsmediums beim Einströmen in den Arbeitsraum bereits in einen vorteilhaften Impuls bzw. eine vorteilhafte Kraft auf den Kolben umwandeln zu können, kann vorgesehen sein, dass der Kolbeneinlasskanal derart im Kolben verläuft, insbesondere in den Arbeitsraum in Richtung des Kolbenbodens mündet, dass durch das aus dem Einlasskanal in den Kolben eintretende Arbeitsmedium ein Strömungsdruck in Richtung der Bewegungsrichtung des Kolbens auf den Kolben aufbringbar ist. [0018] In order to be able to convert the usually higher pressure of the working medium when flowing into the working chamber into an advantageous impulse or an advantageous force on the piston, it can be provided that the piston inlet channel runs in the piston, in particular opens into the working chamber in the direction of the piston bottom, in such a way that a flow pressure in the direction of the movement direction of the piston can be applied to the piston by the working medium entering the piston from the inlet channel.

[0019] Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine wird bereitgestellt, indem der Zylinder zwei Arbeitsräume aufweist, wobei der Kolben als doppeltwirkender Kolben ausgebildet ist, wobei die beiden Arbeitsräume an gegenüberliegenden Enden des Zylinders angeordnet und durch den Kolben voneinander getrennt sind, wobei insbesondere der Kolben im Meridianschnitt eine H-förmige Ausbildung aufweist. Durch die Ausbildung als doppeltwirkender Kolben werden einerseits sowohl die Expansions- und/oder Verdichtungsverfahren innerhalb des Kolbens vorteilhaft genutzt als auch eine besonders kompakte Bauweise bereitgestellt. Weiters erlaubt die Ausbildung mit zwei Arbeitsräumen, dass die Anzahl der bewegten Teile weiter reduziert wird und derart mit einem Kolben zwei Arbeitsräume bearbeitet werden können. [0019] An advantageous embodiment of the piston machine according to the invention is provided in that the cylinder has two working spaces, the piston being designed as a double-acting piston, the two working spaces being arranged at opposite ends of the cylinder and separated from one another by the piston, the piston in particular having an H-shaped design in the meridional section. By designing as a double-acting piston, the expansion and/or compression processes within the piston are used to advantage and a particularly compact design is provided. Furthermore, the design with two working spaces allows the number of moving parts to be further reduced and two working spaces can thus be processed with one piston.

[0020] Um die Arbeitsräume gegeneinander vorteilhaft abdichten zu können, kann vorgesehen sein, dass die beiden Arbeitsräume durch zumindest einen am Kolben angeordneten Kolbenring fluiddicht voneinander getrennt sind, wobei vorzugsweise der Kolbenring eine Verdrehsicherung, insbesondere einen in den Kolben eingreifenden Fortsatz oder Hacken, aufweist, die eine Verdrehung des Kolbenrings zum Kolben verhindert. Durch die Ausbildung des Kolbenrings mit einer Verdrehsicherung wird vorteilhaft die Verdrehung des Kolbenrings gegenüber dem Kolben verhindert und dabei die Dichtung weiter verbessert. [0020] In order to advantageously seal the working spaces against each other, it can be provided that the two working spaces are separated from each other in a fluid-tight manner by at least one piston ring arranged on the piston, wherein the piston ring preferably has an anti-twist device, in particular an extension or hook engaging in the piston, which prevents the piston ring from twisting relative to the piston. By designing the piston ring with an anti-twist device, the rotation of the piston ring relative to the piston is advantageously prevented and the seal is further improved.

[0021] Eine optionale Ausführungsform der Erfindung wird bereitgestellt, indem der Getriebemechanismus eine Zwangsführungseinheit zur Zwangsführung des Kolbens und eine Umwandlungseinheit zur Umwandlung der Drehhubbewegung in eine Drehbewegung aufweist, wobei die Zwangsführungseinheit und eine Umwandlungseinheit räumlich getrennt in der Kolbenmaschine angeordnet sind, und wobei insbesondere die Umwandlungseinheit und/oder die Zwangsfüh-[0021] An optional embodiment of the invention is provided in that the gear mechanism has a positive guide unit for the positive guide of the piston and a conversion unit for converting the rotary stroke movement into a rotary movement, wherein the positive guide unit and a conversion unit are arranged spatially separated in the piston machine, and wherein in particular the conversion unit and/or the positive guide

rungseinheit fluiddicht zum Arbeitsrum abgedichtet ausgebildet und getrennt von diesem angeordnet ist. Durch die optionale Ausführungsform ist es möglich, sowohl die Kolbengruppe als auch den Getriebemechanismus bzw. die Zwangsführungseinheit und die Umwandlungseinheit voneinander getrennt anzuordnen und dadurch zu bewirken, dass diese zum Arbeitsraum hermetische getrennt sind. So ist es möglich, die Schmierung bzw. auch schmiermittelfreie Ausbildung der einzelnen Teile zu ermöglichen und dadurch den Verschleiß weiter zu reduzieren. Auch werden durch die Trennung der Zwangsführungseinheit von der Umwandlungseinheit zwei separate Baugruppen ermöglicht, die je nach Anforderung der einzelnen Einheiten spezifisch ausgebildet und geschmiert sein können. The control unit is designed to be fluid-tight and sealed from the working area and is arranged separately from it. The optional design makes it possible to arrange the piston group as well as the gear mechanism or the positive guide unit and the conversion unit separately from one another and thereby ensure that they are hermetically separated from the working area. This makes it possible to lubricate the individual parts or to design them without lubricant, thereby further reducing wear. The separation of the positive guide unit from the conversion unit also enables two separate assemblies, which can be specifically designed and lubricated depending on the requirements of the individual units.

[0022] Um die Drehhubbewegung vorteilhaft in eine Drehbewegung umwandeln zu können, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Umwandlungseinheit ein, insbesondere am Ende der Kolbenstange angeordnetes, Gleitelement, insbesondere einen zylindrisch ausgebildetes Vieleck, bevorzugt einen Vierkant oder Sechskant aufweist, der in Richtung der Kolbenachse des Kolben in einer gegengleich ausgebildeten Lagerbuchse verschieblich zu dieser angeordnet ist, wobei die Lagerbuchse relativ zum Gehäuse der Kolbenmaschine drehbar gelagert ist und über diese, die in eine Drehbewegung umgewandelte Drehhubbewegung abführbar ist. Durch die vorteilhafte Ausbildung mittels dem Gleitelement, kann dieses sich entlang der Kolbenachse gegenüber der Lagerbuchse bewegen, jedoch wird die Drehung des Kolbens über das Gleitelement an die Lagerbuchse übertragen und von diesem dann an die weiteren Elemente, beispielsweise ein Getriebe, als reine Drehbewegung abgegeben. Das Gleitelement kann beispielsweise als zylindrisches Vieleck ausgebildet sein, z.B. als im Querschnitt ausgebildete Vierkant- oder Sechskantstange, die in der gegengleich ausgebildeten Lagerbuchse entlang der Zylinderachse des Kolbens bewegbar ist. Weiters sind andere aus dem Stand der Technik bekannte Welle-Welle- bzw. Welle-Naben-Verbindungen möglich, die dann beispielsweise zwischen dem Gleitelement und der Lagerbuchse eine Spielpassung oder andere Passung oder Elemente aufweisen, sodass das Gleitelement gegenüber der Lagerbuchse in der zylinder- bzw. Kolbenachse geführt bewegbar ist, Jedoch bei Drehbewegung die Lagerbuchse mitnimmt. So kann beispielsweise die Lagerbuchse über ein Wälz- oder Kugellager in dem Gehäuse gelagert sein und so die Axialkräfte aufnehmen, jedoch die Radialkräfte bzw. die Drehbewegung der Lagerbuchse ermöglichen. Das Gleitelement kann mit der Lagerbuchse auch optional als ein aus dem Stand der Technik bekanntes Linearlager ausgebildet sein. [0022] In order to be able to advantageously convert the rotary stroke movement into a rotary movement, it can advantageously be provided that the conversion unit has a sliding element, in particular a cylindrical polygon, preferably a square or hexagon, arranged in particular at the end of the piston rod, which is arranged in a bearing bush of opposite design in the direction of the piston axis of the piston so that it can be moved relative to the latter, wherein the bearing bush is rotatably mounted relative to the housing of the piston machine and the rotary stroke movement converted into a rotary movement can be discharged via this. Due to the advantageous design using the sliding element, this can move along the piston axis relative to the bearing bush, but the rotation of the piston is transmitted to the bearing bush via the sliding element and then transmitted from this to the other elements, for example a gear, as a pure rotary movement. The sliding element can, for example, be designed as a cylindrical polygon, e.g. as a square or hexagonal rod with a cross-section that can be moved in the bearing bush of opposite design along the cylinder axis of the piston. Furthermore, other shaft-shaft or shaft-hub connections known from the prior art are possible, which then have, for example, a clearance fit or other fit or elements between the sliding element and the bearing bush, so that the sliding element can be moved in a guided manner relative to the bearing bush in the cylinder or piston axis, but takes the bearing bush with it during rotational movement. For example, the bearing bush can be mounted in the housing via a roller or ball bearing and thus absorb the axial forces, but enable the radial forces or the rotational movement of the bearing bush. The sliding element can also optionally be designed with the bearing bush as a linear bearing known from the prior art.

[0023] Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Kolbenmaschine wird bereitgestellt, indem die Umwandlungseinheit für die Abnahme oder Zuführung des Drehmomentes eine Drehmomentkugelbuchse aufweist, mit der die an dem Kolben, insbesondere der Kolbenstange, eingeleitete Drehhubbewegung an der Umwandlungseinheit in eine Drehbewegung oder die Drehbewegung an dem Getriebe in eine Drehhubbewegung am Kolben umwandelbar ist. [0023] A further advantageous embodiment of the piston machine is provided in that the conversion unit for the removal or supply of the torque has a torque ball bushing with which the rotary stroke movement initiated on the piston, in particular the piston rod, can be converted into a rotary movement on the conversion unit or the rotary movement on the gear can be converted into a rotary stroke movement on the piston.

[0024] Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Kolbenmaschine wird bereitgestellt, indem die Zwangsführungseinheit eine Anzahl von Kugelnuten und eine Anzahl von Kugelpfannen aufweist, wobei die Kugelpfannen gegenüber den Kugelnuten angeordnet sind, wobei die Kugelnuten entsprechend der Drehhubbewegung des Kolbens ausgebildet sind, insbesondere eine Sinus- oder sinusähnliche Kurvenform aufweisen, wobei in den Kugelpfannen Kugeln oder andere Wälzkörper angeordnet sind, die bei Bewegung der Drehhubbewegung des Kolbens der Laufbahn der Kugelnuten folgend in den Kugelpfannen bewegbar sind und der Kolben bei dessen Drehhubbewegung führbar ist. So kann durch die Ausbildung der Kugelnuten, beispielsweise im Gehäuse des Zylinders bzw. der Kolbenmaschine, die Zwangsbewegung des Kolbens einfach vorgegeben werden, indem die Kugelnuten beispielsweise einen sinusförmigen Verlauf an dem Gehäuse aufweisen. Alternativ zu den zuvor beschriebenen Varianten ist es auch möglich, dass die Kolbenmaschine andere aus dem Stand der Technik bekannte Kurvenführungen aufweist, die den Kolben in dessen Drehhubbewegungen führen bzw. die Führung der Drehhubbewegung des Kolbens ermöglichen. [0024] A further advantageous embodiment of the piston machine is provided in that the forced guide unit has a number of ball grooves and a number of ball sockets, the ball sockets being arranged opposite the ball grooves, the ball grooves being designed in accordance with the rotary stroke movement of the piston, in particular having a sinusoidal or sinusoidal-like curve shape, balls or other rolling elements being arranged in the ball sockets, which can be moved in the ball sockets following the track of the ball grooves when the rotary stroke movement of the piston is moving, and the piston can be guided during its rotary stroke movement. Thus, by forming the ball grooves, for example in the housing of the cylinder or the piston machine, the forced movement of the piston can be easily specified, in that the ball grooves have a sinusoidal course on the housing, for example. As an alternative to the variants described above, it is also possible for the piston machine to have other curve guides known from the prior art, which guide the piston in its rotary stroke movements or enable the rotary stroke movement of the piston to be guided.

[0025] Vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass der Übergang zwischen Kolben und Getriebemechanismus, insbesondere der Zwangsführungseinheit, in Form eines Podegelenks, insbesondere mit zumindest drei Zapfen und einer Anzahl von Rollen oder Kugel oder Nadellagern, ausgebildet [0025] Advantageously, it can be provided that the transition between the piston and the gear mechanism, in particular the positive guide unit, is designed in the form of a pedestal joint, in particular with at least three pins and a number of rollers or ball or needle bearings.

ist. is.

[0026] Um eine besonders kompakte Bauform der Kolbenmaschine bereitzustellen, kann vorgesehen sein, dass der Kolben hohl ausgebildet ist, wobei die Zwangsführungseinheit im Inneren des Kolbens ausgebildet ist. Durch diese vorteilhafte Ausführungsform wird weiters die bewegte Masse des Kolbens weiter reduziert und durch die Lagerung bzw. Zwangsführung des Kolbens im Inneren des Kolbens die Baugröße der Kolbenmaschine weiter reduziert. [0026] In order to provide a particularly compact design of the piston machine, it can be provided that the piston is hollow, with the positive guide unit being formed inside the piston. This advantageous embodiment also further reduces the moving mass of the piston and the size of the piston machine is further reduced by the bearing or positive guide of the piston inside the piston.

[0027] Vorteilhaft ist dabei, wenn die Kugelnuten in der Innenseite des Kolbens und die Kugelpfannen an einem mit dem Gehäuse der Kolbenmaschine verbundenem Stator angeordnet sind oder dass die Kugelpfannen in der Innenseite des Kolbens angeordnet und die Kugelnuten an einem Stator ausgebildet sind. [0027] It is advantageous if the ball grooves are arranged in the inside of the piston and the ball sockets are arranged on a stator connected to the housing of the piston machine or that the ball sockets are arranged in the inside of the piston and the ball grooves are formed on a stator.

[0028] Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Kolbenmaschine wird bereitgestellt, indem der Getriebemechanismus, insbesondere die Zwangsführungseinheit, in Form eines Sinusscheibengetriebes ausgebildet ist, wobei der Getriebemechanismus eine über deren Umfang sinusförmig ausgebildete Scheibe aufweist, die mit dem Kolben verbunden ist, wobei die Scheibe über ein mit dem Gehäuse verbundenes Führungselement mit Rollelementen verbunden ist, wobei die Rollelemente zur Führung und Lagerung an der Scheibe aufliegen Durch die Ausbildung mittels eines Sinusscheibengetriebes wird der Kolben besonders vorteilhaft geführt bzw. die durch das Arbeitsmedium auf den Kolben aufgebrachten Druckkräfte in die erfindungsgemäße, vorteilhafte Drehhubbewegung umgewandelt. [0028] A further advantageous embodiment of the piston machine is provided in that the gear mechanism, in particular the positive guide unit, is designed in the form of a sinusoidal disk gear, wherein the gear mechanism has a disk which is sinusoidally formed over its circumference and which is connected to the piston, wherein the disk is connected to rolling elements via a guide element connected to the housing, wherein the rolling elements rest on the disk for guidance and storage. By designing by means of a sinusoidal disk gear, the piston is guided particularly advantageously and the pressure forces applied to the piston by the working medium are converted into the advantageous rotary stroke movement according to the invention.

[0029] Eine vorteilhafte Ausführungsform der Kolbenmaschine mittels Sinusscheibengetriebes wird bereitgestellt, indem zumindest zwei Führungselemente vorgesehen sind, die jeweils drehbar im Gehäuse gelagerter ausgebildet sind, wobei jedes Führungselement zwei in Richtung der Scheibe gerichtete Führungszapfen aufweist, an denen jeweils ein Rollelement drehbar gelagert angeordnet ist, wobei die Führungszapfen mit den Rollelementen derart ausgebildet und in einem Abstand zueinander angeordnet sind, dass die Rollelemente an den jeweils gegenüberliegenden Stirnseiten der Scheibe aufliegen und diese durch die Rollbewegung der Rollelemente und eine Schwenkbewegung der Führungselemente geführt und gelagert ist, wobei die Zwangsführungseinheit ein Kugelgelenk aufweist, das zwischen dem Kolben und der Scheibe angeordnet ist, wobei die Scheibe mit dem Kugelgelenk über eine Federscheibe derart dehmomentübertragend verbunden ist, dass eine relative Verkippung bzw. Verdrehung der Scheibe durch eine elastische Verformung der Federschiebe ermöglicht wird. Durch die Ausbildung der Führungselemente, die mit der Sinusscheibe als sogenannte Waagebalkenlagerung ausgebildet ist, wird die Drehung der Scheibe möglichst reibungsarm ermöglicht und durch das Schwenken bzw. Drehen der Führungselemente verhindert, dass die Scheibe stockt bzw. verklemmt. [0029] An advantageous embodiment of the piston machine by means of a sinusoidal disk gear is provided in that at least two guide elements are provided, each of which is rotatably mounted in the housing, each guide element having two guide pins directed in the direction of the disk, on each of which a rolling element is rotatably mounted, the guide pins with the rolling elements being designed and arranged at a distance from one another in such a way that the rolling elements rest on the respective opposite end faces of the disk and the disk is guided and mounted by the rolling movement of the rolling elements and a pivoting movement of the guide elements, the positive guide unit having a ball joint which is arranged between the piston and the disk, the disk being connected to the ball joint via a spring disk in such a way that transmits torque that a relative tilting or rotation of the disk is made possible by an elastic deformation of the spring disk. The design of the guide elements, which are designed with the sinusoidal disc as a so-called balance beam bearing, enables the rotation of the disc with as little friction as possible and the pivoting or rotating of the guide elements prevents the disc from jamming or becoming stuck.

[0030] Um eine Kühlung des Kolbens bzw. einzelner Elemente der Kolbenmaschine zu ermöglichen, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Kolben zwei Kolbenringe aufweist, die in einem Abstand am Kolben zueinander eingeordnet sind und zwischen sich einen Kühlraum ausbilden, wobei im Zylindermantel zumindest ein Kühlkanal in den Kühlraum mündet in dem ein Kühlmedium einbringbar und damit der Kolben und/oder der Zylinder kühlbar ist. So kann einfach über den Zwischenraum zwischen den beiden Kolbenringen ein Kühlmittel zugeführt werden und derart die Bauteile im Bereich des Arbeitsraums gekühlt werden, ohne eine Berührung zwischen dem Kühlmittel und dem im Arbeitsraum strömenden Arbeitsmedium zu riskieren. [0030] In order to enable cooling of the piston or individual elements of the piston machine, it can advantageously be provided that the piston has two piston rings which are arranged at a distance from one another on the piston and form a cooling chamber between them, with at least one cooling channel in the cylinder jacket opening into the cooling chamber into which a cooling medium can be introduced and thus the piston and/or the cylinder can be cooled. In this way, a coolant can be supplied simply via the space between the two piston rings and the components in the area of the working chamber can be cooled in this way without risking contact between the coolant and the working medium flowing in the working chamber.

[0031] Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine vorteilhafte Verbrennungskraftmaschine zur Erzeugung von Arbeit aus einem mit einem Oxidationsmittel vermengten Verbrennungsfluid als Arbeitsmedium bereitzustellen, dass eine besonders vorteilhafte Ausbildung aufweist. Diese Aufgabe wird mit einer Verbrennungsmaschine gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 20 gelöst. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Verbrennungsraftmaschine als erfindungsgemäße Kolbenmaschine ausgebildet ist, wobei das Arbeitsfluid, insbesondere mittels einer Zündkerze, zur Expansion gebracht wird und die erzeugte Energie über den Getriebemechanismus abgebbar und das verbrannte Arbeitsmedium als Abgas aus dem Arbeitsraum über den Auslasskanal ausbringbar ist. [0031] A further aspect of the present invention is to provide an advantageous internal combustion engine for generating work from a combustion fluid mixed with an oxidizing agent as a working medium, which has a particularly advantageous design. This object is achieved with an internal combustion engine according to the characterizing part of claim 20. According to the invention, it is provided that the internal combustion engine is designed as a piston engine according to the invention, wherein the working fluid is caused to expand, in particular by means of a spark plug, and the energy generated can be released via the gear mechanism and the burned working medium can be discharged as exhaust gas from the working chamber via the outlet channel.

[0032] Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Verdichter, insbesondere eine Pumpe, zur Verdichtung eines Arbeitsmediums bereitzustellen, das alle Vorteile der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine aufweist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass ein Verdichter als erfindungsgemäße Kolbenmaschine ausgebildet ist, wobei das Arbeitsmedium im Arbeitsraum verdichtet wird und über den Auslasskanal aus der Kolbenmaschine als verdichtetes Arbeitsmedium oder Arbeitsmedium mit erhöhtem Druckniveau ausbringbar ist. [0032] A further aspect of the present invention is to provide a compressor, in particular a pump, for compressing a working medium, which has all the advantages of the piston machine according to the invention. According to the invention, it is provided that a compressor is designed as a piston machine according to the invention, wherein the working medium is compressed in the working chamber and can be discharged from the piston machine via the outlet channel as a compressed working medium or a working medium with an increased pressure level.

[0033] Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Kolbenmaschine wird bereitgestellt, indem diese als Dampfexpander zur Erzeugung mechanischer Arbeit aus einem dampfförmigen Arbeitsmedium ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass der Dampfexpander als erfindungsgemäße Kolbenmaschine ausgebildet ist oder eine erfindungsgemäße Kolbenmaschine umfasst, wobei das Arbeitsmedium im Arbeitsraum expandiert wird und dadurch den Kolben antreibt und mechanische Arbeit an dem Getriebemechanismus abgeführt wird. [0033] A further advantageous embodiment of the piston engine is provided in that it is designed as a steam expander for generating mechanical work from a vaporous working medium. According to the invention, it is provided that the steam expander is designed as a piston engine according to the invention or comprises a piston engine according to the invention, wherein the working medium is expanded in the working space and thereby drives the piston and mechanical work is dissipated at the gear mechanism.

[0034] Weitere Vorteile und Ausgestaltungen aus der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. [0034] Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

[0035] Die Erfindung ist im Folgenden anhand von besonders vorteilhaften, aber nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben: [0035] The invention is shown schematically below using particularly advantageous, but not restrictive, embodiments in the drawings and is described by way of example with reference to the drawings:

[0036] Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer Schnittansicht, [0036] Fig. 1 shows a first embodiment of the piston engine according to the invention in a sectional view,

[0037] Fig. 2 bis 7 zeigen Ausführungsformen der Dichtungseinheiten, [0038] Fig. 8 zeigt eine Ausführungsform eines Kolbenrings, [0037] Fig. 2 to 7 show embodiments of the sealing units, [0038] Fig. 8 shows an embodiment of a piston ring,

[0039] Fig. 10 und 11 zeigen eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in Detailansichten gemäß Fig. 1, [0039] Fig. 10 and 11 show an embodiment of the piston engine according to the invention in detailed views according to Fig. 1,

[0040] Fig. 12 und 13 zeigen eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine mit Kugelnuten, [0040] Fig. 12 and 13 show a second embodiment of the piston machine according to the invention with ball grooves,

[0041] Fig. 14 bis 16 zeigen eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine als Verbrennungskraftmaschine, [0041] Fig. 14 to 16 show a third embodiment of the piston engine according to the invention as an internal combustion engine,

[0042] Fig. 17 und 18 zeigen eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine mit in dem Kolben ausgebildetem Getriebemechanismus, [0042] Fig. 17 and 18 show a fourth embodiment of the piston engine according to the invention with a gear mechanism formed in the piston,

[0043] Fig. 19 und 20 zeigen Ausbildungen der Kolbeneinlasskanäle und Kolbenauslasskanäle für einen Dampfexpander in einer Abgewickelten Ansicht der Zylindermantelfläche und des Kolbenhemds, und die [0043] Fig. 19 and 20 show configurations of the piston inlet channels and piston outlet channels for a steam expander in a developed view of the cylinder surface and the piston skirt, and the

[0044] Fig. 21 und 22 zeigen eine Ansicht einer Abwicklung des Kolbenhemds und des Zylindermantels für eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine als Verbrennungsmotor. [0044] Fig. 21 and 22 show a view of a development of the piston skirt and the cylinder jacket for an embodiment of the piston machine according to the invention as an internal combustion engine.

[0045] In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine 10 zur Abgabe oder Abnahme von Arbeit aus oder an ein gasförmiges oder flüssiges Arbeitsmedium dargestellt. Die Kolbenmaschine 10 umfasst einen Zylinder 1, in dem ein Kolben 2 angeordnet ist. Der Zylinder 1 ist stirnseitig durch einen Zylinderkopf 12 abgeschlossen. Der Kolben 2 ist im Zylinder 1 entlang der Zylinderachse bewegbar sowie um die Kolbenachse bzw. Zylinderachse drehbar. Der Kolben 2 kann also im Zylinder 1 sowohl eine Dreh- als auch eine Hubbewegung bzw. eine sogenannte Drehhubbewegung ausführen. Bei der Hubbewegung des Kolbens 2 im Zylinder 1 wird ein Arbeitsraum 3, in den ein Arbeitsmedium eingebracht wird, durch die Bewegung des Kolbens 2 vergrößert und verkleinert. Die Kolbenmaschine 10 weist weiters einen Einlasskanal 4 auf, über den das Arbeitsmedium in den Arbeitsraum 3 eintreten kann. Nach beispielsweise Expansion oder Kompression des Arbeitsmediums wird dieses dann über einen Auslasskanal 5 aus dem Arbeitsraum 3 ausgebracht. Sowohl der Einlasskanal 4 als auch der Auslasskanal 5 sind im Zylindermantel 11 des Zylinders 1 angeordnet und münden umfangsseitig in den Arbeitsraum 3 ein. Der Kolben 2 überstreift bei dessen Drehhubbewegung mit dessen Kol-[0045] Fig. 1 shows a first embodiment of the piston machine 10 according to the invention for delivering or taking work from or to a gaseous or liquid working medium. The piston machine 10 comprises a cylinder 1 in which a piston 2 is arranged. The cylinder 1 is closed off at the front by a cylinder head 12. The piston 2 can be moved along the cylinder axis in the cylinder 1 and can be rotated about the piston axis or cylinder axis. The piston 2 can therefore perform both a rotary and a lifting movement or a so-called rotary-lifting movement in the cylinder 1. During the lifting movement of the piston 2 in the cylinder 1, a working chamber 3 into which a working medium is introduced is enlarged and reduced by the movement of the piston 2. The piston machine 10 also has an inlet channel 4 through which the working medium can enter the working chamber 3. After, for example, expansion or compression of the working medium, this is then discharged from the working chamber 3 via an outlet channel 5. Both the inlet port 4 and the outlet port 5 are arranged in the cylinder jacket 11 of the cylinder 1 and open into the working chamber 3 on the circumference. The piston 2 passes over the working chamber 3 during its rotary stroke movement with its piston rod.

benhemd 21 den Einlasskanal 4 und den Auslasskanal 5 zyklisch hintereinander, sodass das Arbeitsmedium über den Einlasskanal 4 in den Arbeitsraum 3 eintritt, expandiert oder verdichtet wird und dann über den Auslasskanal 5 aus dem Arbeitsraum 3 austritt. Der Einlasskanal 4 und der Auslasskanal 5 bilden im Betrieb des Kolbens 2 bzw. der Kolbenmaschine 10 eine Dichtung aus, sodass der Einlasskanal 4 und der Auslasskanal 5 gegenüber dem Arbeitsraum 3 für das Arbeitsmedium dynamisch abgedichtet sind. The sealing ring 21 cyclically seals the inlet channel 4 and the outlet channel 5 one after the other, so that the working medium enters the working chamber 3 via the inlet channel 4, is expanded or compressed and then exits the working chamber 3 via the outlet channel 5. The inlet channel 4 and the outlet channel 5 form a seal during operation of the piston 2 or the piston machine 10, so that the inlet channel 4 and the outlet channel 5 are dynamically sealed off from the working chamber 3 for the working medium.

[0046] Bei der Ausführungsform der Fig. 1 weist die Kolbenmaschine 10 eine der Anzahl an Einlässen 4 und Auslässen 5 entsprechende Anzahl von Dichtungseinheiten 6 auf. Bevorzugte Ausführungsformen der Dichtungseinheiten 6 sind in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Die Dichtungseinheiten 6 weisen jeweils eine Dichtungshülse 63 (Fig. 2 und 3) auf, die an das Kolbenhemd 21 des Kolbens 2 angedrückt wird. Die Dichtungseinheiten 6 weisen dabei eine Feder 65 auf, die als Druckfeder ausgebildet ist und die Dichtungshülse 63 gegenüber dem Gehäuse der Dichtungseinheiten 6 mit einer Kraft in Richtung des Kolbens 2 beaufschlagen. Durch die Federkraft 65 wird also gewährleistet, dass die Dichtungshülse 63 stets am Kolbenhemd 21 des Kolbens 2 anliegt und mit diesem eine dynamische Dichtung ausbildet. Durch die dynamische Dichtung der Dichtungshülse 63 mit dem Kolbenhemd 21 wird verhindert, dass das im Einlasskanal 4 vorliegende Arbeitsmedium in den Arbeitsraum 3 strömt, wenn die Einlassmündung in den Arbeitsraum 3 durch das Kolbenhemd 21 nicht freigegeben ist. Im Auslasskanal 5 ist, wie im Einlasskanal 4, ebenfalls eine Dichtungshülse 63 in der Dichtungseinheit 6 angeordnet, die ebenfalls mittels einer Feder 65 in Richtung des Kolbenhemds 21 des Kolbens 2 gedrückt wird. Ist der Auslasskanal 4 nicht durch das Kolbenhemd 21 bzw. die Kante der Stirnseite 23 des Kolbens 2 freigegeben, verhindert die Dichtungseinheit 6 bzw. die Dichtungshülse 63 ein Ausströmen des Arbeitsmediums aus dem Arbeitsraum 3 in den Auslasskanal 5. Die Dichtungseinheit 6 im Auslasskanal 5 bzw. die Dichtungshülse 63 der Dichtungseinheit 6 verhindert also, dass ungewollt Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum 3 in den Auslasskanal 5 strömt. [0046] In the embodiment of Fig. 1, the piston engine 10 has a number of sealing units 6 corresponding to the number of inlets 4 and outlets 5. Preferred embodiments of the sealing units 6 are shown in Figs. 2 and 3. The sealing units 6 each have a sealing sleeve 63 (Figs. 2 and 3) which is pressed against the piston skirt 21 of the piston 2. The sealing units 6 have a spring 65 which is designed as a compression spring and applies a force to the sealing sleeve 63 in the direction of the piston 2 relative to the housing of the sealing units 6. The spring force 65 thus ensures that the sealing sleeve 63 always rests against the piston skirt 21 of the piston 2 and forms a dynamic seal with it. The dynamic seal of the sealing sleeve 63 with the piston skirt 21 prevents the working medium present in the inlet channel 4 from flowing into the working chamber 3 if the inlet opening into the working chamber 3 is not cleared by the piston skirt 21. In the outlet channel 5, as in the inlet channel 4, a sealing sleeve 63 is also arranged in the sealing unit 6, which is also pressed in the direction of the piston skirt 21 of the piston 2 by means of a spring 65. If the outlet channel 4 is not opened by the piston skirt 21 or the edge of the front side 23 of the piston 2, the sealing unit 6 or the sealing sleeve 63 prevents the working medium from flowing out of the working chamber 3 into the outlet channel 5. The sealing unit 6 in the outlet channel 5 or the sealing sleeve 63 of the sealing unit 6 therefore prevents the working medium from flowing unintentionally from the working chamber 3 into the outlet channel 5.

[0047] Die Dichtungseinheiten 6 bzw. der Einlasskanal 4 und der Auslasskanal 5 sind mit der Drehhubbewegung des Kolbens 2 abgestimmt im Zylindermantel 11 des Zylinders 1 so angeordnet, dass bei Uberstreichen bzw. Freigabe des Auslasskanals 5 bzw. des Einlasskanals 4 durch den Kolben 2 die Dichtungseinheiten 6 bzw. die Dichtungshülse 63 permanent in zumindest zwei Punkten am Kolbenhemd 21 aufliegen und derart ein Verkippen bzw. ein Verklemmen mit dem Kolben 2 unterbunden werden kann. [0047] The sealing units 6 or the inlet channel 4 and the outlet channel 5 are arranged in the cylinder jacket 11 of the cylinder 1 in a manner coordinated with the rotary stroke movement of the piston 2, such that when the outlet channel 5 or the inlet channel 4 is swept over or released by the piston 2, the sealing units 6 or the sealing sleeve 63 rest permanently at at least two points on the piston skirt 21 and thus tilting or jamming with the piston 2 can be prevented.

[0048] In den Fig. 4 und 5 sind alternative Ausführungsformen der Dichtungseinheiten 6 dargestellt. Die Dichtungseinheiten werden jeweils mit einer Einstellhülse 66 in Richtung des Kolbens 2 durch die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Pfeile verstellt und damit der Abstand der Dichtungshülse 63 zum Kolbenhemd 21 des Kolbens 2 vorgegeben. Die Dichtungseinheiten 6 der Fig. 4 und 5 weisen weiters ebenfalls eine Feder 65 auf, die bei diesen Ausführungsformen verhindert, dass die Dichtungshülse 63 zu tief in den Arbeitsraum 3 eintaucht. Der Abstand zwischen Kolbenhemd 21 und der Dichtungshülse 63 kann auf diese Weise vorteilhaft eingestellt werden, sodass beispielsweise eine berührungslose Dichtung zwischen der Dichtungseinheit 6 und dem Kolben 2 ausgebildet werden kann. So ist es möglich, beispielsweise über die unterschiedlichen Druckverhältnisse bzw. der Ausbildung als Spaltdichtung und die Bewegung des Kolbens 2, eine Dichtwirkung des Einlasskanals 4 bzw. des Auslasskanals 5 gegenüber dem Arbeitsraum 3 zu bewirken. Bei Erstinbetriebnahme oder bei Wartungen kann der Dichtspalt zwischen Dichtungshälse 63 und Kolbenhemd 21 hin über die Einstellhülse 66 eingestellt und auf minimale Spaltbreite optimiert werden. [0048] Alternative embodiments of the sealing units 6 are shown in Figs. 4 and 5. The sealing units are each adjusted with an adjusting sleeve 66 in the direction of the piston 2 by the arrows shown in Figs. 4 and 5, thus specifying the distance between the sealing sleeve 63 and the piston skirt 21 of the piston 2. The sealing units 6 of Figs. 4 and 5 also have a spring 65, which in these embodiments prevents the sealing sleeve 63 from dipping too deeply into the working chamber 3. The distance between the piston skirt 21 and the sealing sleeve 63 can be advantageously adjusted in this way, so that, for example, a contactless seal can be formed between the sealing unit 6 and the piston 2. It is thus possible, for example, to achieve a sealing effect of the inlet channel 4 or the outlet channel 5 with respect to the working chamber 3 via the different pressure conditions or the design as a gap seal and the movement of the piston 2. During initial commissioning or during maintenance, the sealing gap between the sealing necks 63 and the piston skirt 21 can be adjusted via the adjusting sleeve 66 and optimized to a minimum gap width.

[0049] Optional kann die Oberfläche des Kolbens 2 und/oder die dem Kolben 2 zugewandte Stirnseite der Dichtungshülse 63 eine spezielle Oberflächenstruktur aufweisen, die die berührungslose Abdichtung verbessert. So kann beispielsweise gesamte Oberfläche des Kolbenhemds 21, mit einer rauen, strukturierten, wabenartigen, schuppenartigen oder sonstigen strömungstechnisch verwirbelnden Oberflächenstruktur versehen sein, welche durch die entstehenden strömungstechnischen Wirbel des strömenden Arbeitsmediums einen über die reine Drosselwirkung des Drosselspalt, zwischen Klobenhemd 21 und Dichtungshülse 63, hinausgehenden Widerstand ausübt und so eine entsprechende Reduktion der Leckageströmung bewirkt. [0049] Optionally, the surface of the piston 2 and/or the end face of the sealing sleeve 63 facing the piston 2 can have a special surface structure that improves the contactless sealing. For example, the entire surface of the piston skirt 21 can be provided with a rough, structured, honeycomb-like, scale-like or other fluidically swirling surface structure, which, due to the resulting fluidic vortices of the flowing working medium, exerts a resistance that goes beyond the pure throttling effect of the throttling gap between the piston skirt 21 and the sealing sleeve 63, and thus causes a corresponding reduction in the leakage flow.

[0050] In den Fig. 6 und 7 sind weitere alternative Ausführungsformen der Dichtungseinheiten 6 dargestellt. Die Dichtungseinheiten 6 sind mit dem Arbeitsraum 3 über einen druckübertragenden Kanal 62 verbunden (Fig. 6), über den der Druck des Arbeitsraums 3 auf die Rückseite der Dichtungshülse 63 übertragen wird und die Kraft, mit der die Dichtungshülse 63 an das Kolbenhemd 21 des Kolbens 2 angepresst wird, beeinflusst. [0050] Further alternative embodiments of the sealing units 6 are shown in Figures 6 and 7. The sealing units 6 are connected to the working chamber 3 via a pressure-transmitting channel 62 (Figure 6), via which the pressure of the working chamber 3 is transmitted to the rear side of the sealing sleeve 63 and influences the force with which the sealing sleeve 63 is pressed against the piston skirt 21 of the piston 2.

[0051] Wie in Fig. 7 dargestellt, kann beispielsweise der Rückraum der Dichtungshülse 63 ebenfalls über einen Kanal 62 mit dem Einlasskanal 4 bzw. Auslasskanal 5 verbunden sein, sodass sich in diesem je nach Druckdifferenz zwischen dem Arbeitsraum 3 und dem Einlasskanal 4 und dem Auslasskanal 5 ein Differenzdruck einstellt, mit dem die Dichtungshülse 63 in Richtung des Kolbenhemds 21 gedrückt wird. [0051] As shown in Fig. 7, for example, the rear space of the sealing sleeve 63 can also be connected to the inlet channel 4 or outlet channel 5 via a channel 62, so that depending on the pressure difference between the working chamber 3 and the inlet channel 4 and the outlet channel 5, a differential pressure is established therein, with which the sealing sleeve 63 is pressed in the direction of the piston skirt 21.

[0052] Wie in den Fig. 2 bis 7 dargestellt, kann die Dichtungshülse 63 bzw. die Dichtungseinheit 6 optional jeweils orbikular an den Radius des Kolbenhemds 21 bzw. des Kolbens 2 angepasst werden, sodass die Dichtungshülse 63 bzw. die Dichtungseinheit 6 in Kolbenachse gesehen immer vollflächig am Kolbenhemd 21 bzw. am Umfang des Kolbens 2 anliegt. [0052] As shown in Figs. 2 to 7, the sealing sleeve 63 or the sealing unit 6 can optionally be adapted orbicularly to the radius of the piston skirt 21 or the piston 2, so that the sealing sleeve 63 or the sealing unit 6 always rests over its entire surface on the piston skirt 21 or on the circumference of the piston 2, as seen in the piston axis.

[0053] Wie in Fig. 1 dargestellt, ist der Kolben 2 in bevorzugten Ausführungsformen der Kolbenmaschine 10 als doppeltwirkender Kolben 2 ausgebildet. Die Kolbenmaschine 10 weist also zwei Arbeitsräume 3 auf, die jeweils an gegenüberliegenden Enden des Zylinders 1 angeordnet sind. Die beiden Arbeitsräume 3 werden jeweils durch den Kolben 2 voneinander getrennt und der Kolben 2 führt in den jeweiligen Arbeitsräumen 3 gegengleich gerichtete Hubbewegungen aus. Wird also der eine Arbeitsraum 3 verdichtet bzw. verkleinert, wird im Gegenzug dazu der zweite Arbeitsraum 3 vergrößert bzw. in diesem eine Expansion ausgeführt. Wie in den Fig. 1 bis 17 dargestellt, weist der Kolben 2 bevorzugt eine H-Form auf, ist also als im Meridianschnitt H-förmiger Kolben 2 ausgebildet und weist jeweils einen von der Stirnfläche 23 des Kolbens 2 zurückversetzten Kolbenboden 26 auf. Durch den zurückversetzten Kolbenboden 26 bildet sich im Kolben 2 ein Hohlraum 27 aus, der als Erweiterung des Arbeitsraums 3 wirkt und in Richtung des Arbeitsraums 3 offen ausgebildet ist. Der Kolben 2 weist dazu einen Kolbeneinlasskanal 24 auf, der eine Verbindung zwischen dem Kolbenhemd 21 und dem Hohlraum 27 bzw. dem Kolbenboden 26 ausbildet. Strömt das Arbeitsmedium also über den Einlasskanal 4 in Richtung des Arbeitsraums 3, strömt dieses zuerst in den Einlasskanal 24 und über diesen dann in den Hohlraum 27 bzw. den Arbeitsraum 3 ein. Der Kolben 2 weist ebenfalls einen Kolbenauslasskanal 25 auf, der den Arbeitsraum 3 bzw. den Hohlraum 27 mit dem Kolbenhemd 21 verbindet. Wird also der Kolbenauslasskanal 25 mit dem Auslasskanal 5 in Deckung gebracht, strömt das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum 3 bzw. dem Hohlraum 27 über den Kolbenauslasskanal 25 in den Auslasskanal 5 ein und derart aus dem Arbeitsraum 3 bzw. dem Zylinder 1 aus. Der Zylinder 1 ist an beiden Stirnseiten durch einen Zylinderkopf 12 abgeschlossen, der den Arbeitsraum 3 im Zylinder 1 stirnseitig begrenzt. Optional kann der Zylinderkopf 12 wie in den Fig.1 bis 18 dargestellt an die stirnseitige Form des Kolbens 2 angepasst sein, so dass der Arbeitsraum 3 bei der Hubbewegung vollständig oder beinahe vollständig durch den Kolben 2 ausgefüllt wird und der Kolben 2 an dessen Stirnseite 23 in einem geringen Abstand zum Zylinderkopf 12 im oberen Totpunkt an diesem beinahe anliegt. [0053] As shown in Fig. 1, the piston 2 in preferred embodiments of the piston machine 10 is designed as a double-acting piston 2. The piston machine 10 therefore has two working chambers 3, which are each arranged at opposite ends of the cylinder 1. The two working chambers 3 are each separated from one another by the piston 2 and the piston 2 carries out oppositely directed stroke movements in the respective working chambers 3. If one working chamber 3 is compressed or reduced in size, the second working chamber 3 is enlarged or an expansion is carried out in return. As shown in Figs. 1 to 17, the piston 2 preferably has an H-shape, i.e. is designed as a piston 2 that is H-shaped in meridional section and has a piston bottom 26 that is set back from the end face 23 of the piston 2. The recessed piston crown 26 forms a cavity 27 in the piston 2, which acts as an extension of the working chamber 3 and is open in the direction of the working chamber 3. The piston 2 has a piston inlet channel 24, which forms a connection between the piston skirt 21 and the cavity 27 or the piston crown 26. If the working medium flows via the inlet channel 4 in the direction of the working chamber 3, it first flows into the inlet channel 24 and then via this into the cavity 27 or the working chamber 3. The piston 2 also has a piston outlet channel 25, which connects the working chamber 3 or the cavity 27 with the piston skirt 21. If the piston outlet channel 25 is aligned with the outlet channel 5, the working medium flows from the working chamber 3 or the cavity 27 via the piston outlet channel 25 into the outlet channel 5 and thus out of the working chamber 3 or the cylinder 1. The cylinder 1 is closed off on both ends by a cylinder head 12, which delimits the working chamber 3 in the cylinder 1 at the front. Optionally, the cylinder head 12 can be adapted to the front shape of the piston 2, as shown in Figs. 1 to 18, so that the working chamber 3 is completely or almost completely filled by the piston 2 during the stroke movement and the piston 2 almost rests against the cylinder head 12 at its front side 23 at a short distance from the cylinder head 12 at top dead center.

[0054] Wie in der Fig. 1 dargestellt, weist die Kolbenmaschine 10 je Arbeitsraum 3 zumindest einen Einlasskanal 4, einen Auslasskanal 5 sowie wie bevorzugt beschrieben jeweils zumindest einen Kolbeneinlasskanal 24 und jeweils zumindest einen Kolbenauslasskanal 25 auf. In alternativen Ausführungsformen ist es aber auch möglich, dass der Kolben 2 bzw die Kolbenmaschine mehrere, insbesondere zwei, Einlasskanäle 4, Auslasskanäle 5, Kolbeneinlasskanäle 24 und/oder Kolbenauslasskanäle 25 aufweist. [0054] As shown in Fig. 1, the piston engine 10 has at least one inlet channel 4, one outlet channel 5 and, as preferably described, at least one piston inlet channel 24 and at least one piston outlet channel 25 for each working chamber 3. In alternative embodiments, however, it is also possible for the piston 2 or the piston engine to have several, in particular two, inlet channels 4, outlet channels 5, piston inlet channels 24 and/or piston outlet channels 25.

[0055] In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine 10 ist der Kolbeneinlasskanal 24 gekrümmt im Kolben 2 ausgebildet bzw. verläuft in einer Krümmung im Kolben 2. Der Kolbeneinlasskanal 24 ist dabei im Kolben 2 derart geführt bzw. verläuft in diesem derart, dass das über den Einlasskanal 4 eintretende Arbeitsmedium einen Impuls bzw. eine Kraft im Kolbeneinlasskanal 24 bewirkt und den Kolben 2 in Richtung der Zylinderachse verstellt bzw. diesem einen vorteilhaften Impuls oder Kraftwirkung aufzwingt. Durch die vorteil-[0055] In a preferred embodiment of the piston engine 10 according to the invention, the piston inlet channel 24 is curved in the piston 2 or runs in a curve in the piston 2. The piston inlet channel 24 is guided in the piston 2 or runs in it in such a way that the working medium entering via the inlet channel 4 causes an impulse or a force in the piston inlet channel 24 and adjusts the piston 2 in the direction of the cylinder axis or imposes an advantageous impulse or force on it. Due to the advantageous

hafte Führung des Kolbeneinlasskanals 24 kann also der Strömungsdruck des Arbeitsmediums genutzt werden, um einen vorteilhaften Impuls in Richtung der Bewegungsrichtung des Kolbens 2 auf den Kolben 2 aufzubringen. By guiding the piston inlet channel 24, the flow pressure of the working medium can be used to apply a favorable impulse to the piston 2 in the direction of movement of the piston 2.

[0056] Die beiden Arbeitsräume 3 können, wie in den Fig. 1 bis 17 dargestellt, vorteilhaft durch jeweils am Kolben 2 angeordnete Kolbenringe 22 bzw. durch einen Kolbenring 22 voneinander getrennt sein, sodass die Druckverhältnisse innerhalb der beiden Arbeitsräume 3 sich nicht gegenseitig beeinflussen und die Arbeitsräume 3 voneinander durch den Kolbenring 22 für das Arbeitsmedium abgedichtet voneinander ausgebildet sind. Wie in Fig. 8 dargestellt, kann der Kolbenring 22 vorteilhaft eine Verdrehsicherung aufweisen, die bei dieser Ausführungsform als Haken 28 ausgebildet ist. Der Haken 28 wird bei der Anordnung des Kolbenrings 22 am Kolben 2 in eine gegengleich ausgebildete Ausnehmung eingelegt und verhindert derart die Verdrehung des Kolbenrings 22 bei der Drehhubbewegung des Kolbens 2 relativ zu diesem. [0056] As shown in Fig. 1 to 17, the two working chambers 3 can advantageously be separated from one another by piston rings 22 arranged on the piston 2 or by a piston ring 22, so that the pressure conditions within the two working chambers 3 do not influence one another and the working chambers 3 are sealed from one another by the piston ring 22 for the working medium. As shown in Fig. 8, the piston ring 22 can advantageously have an anti-twist device, which in this embodiment is designed as a hook 28. When the piston ring 22 is arranged on the piston 2, the hook 28 is inserted into a recess of the opposite design and thus prevents the rotation of the piston ring 22 during the rotary stroke movement of the piston 2 relative to it.

[0057] Bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Kolbenmaschine 10 ist der Kolben 2 mit einem Getriebemechanismus 9 verbunden, der einerseits die Zwangsführung des Kolbens 2 und andererseits die Umwandlung der Drehhubbewegung des Kolbens 2 in eine Drehbewegung bewirkt. [0057] In the embodiments of the piston engine 10 according to the invention, the piston 2 is connected to a gear mechanism 9 which, on the one hand, effects the forced guidance of the piston 2 and, on the other hand, the conversion of the rotary stroke movement of the piston 2 into a rotary movement.

[0058] In der ersten Ausführungsform der Kolbenmaschine 10 gemäß Fig. 1 weist der Getriebemechanismus 9 eine Zwangsführungseinheit 7 zur Zwangsführung des Kolbens bzw. zur Führung des Kolbens 2 auf und bewirkt, dass dieser die Drehhubbewegung ausführt bzw. definiert vorgegeben vollführt. Der Getriebemechanismus 9 bzw. die Kolbenmaschine 10 weist weiters eine Umwandlungseinheit 8 auf, die die Drehhubbewegung in eine reine Drehbewegung umwandelt. Die Umwandlungseinheit 8 weist dabei ein Gleitelement 81 auf, das eine längliche Vierkantausbildung aufweist bzw. als sogenannter Vierkant ausgebildet ist (Fig. 10, 11). Das Gleitelement 81 bzw. der Vierkant ist über eine Kolbenstange 29 mit dem Kolben 2 verbunden, sodass das Gleitelement 81 die Drehhubbewegung des Kolbens 2 mit diesem gemeinsam ausführt. In der Umwandlungseinheit 8 ist gegenüber dem Gleitelement 81 eine gegengleich ausgebildete Lagerbuchse 82 angeordnet, die in dem Gehäuse des Zylinders über Wälzlager drehbar zu diesem gelagert ist. Führt der Kolben 2 nun die Drehhubbewegung aus, wird das Gleitelement 81 über die Kolbenstange 29 mit dem Kolben 2 mitverstellt und taucht entlang der Zylinderachse in der Lagerbuchse 82 relativ zu dieser weiter ein oder aus. Uber die Ausbildung als Vierkant nimmt das Gleitelement 81 in Drehrichtung des Kolbens 2 die Lagerbuchs 82 mit und wandelt dadurch die Drehhubbewegung des Kolbens 2 in eine reine Drehbewegung an der Lagerbuchse 82 um. Das Gleitelement 81 kann also in Zylinderachse des Kolbens 2 bzw. des Zylinders 1 relativ zur Lagerbuchse 82 verstellt werden, nimmt diese jedoch bei der Drehbewegung um die Achse des Kolbens 2 bzw. des Zylinders 1 mit. An der Lagerbuchse 82 können dann weitere Elemente angeordnet sein, über die die Drehbewegung abgeleitet wird und an weitere Elemente, beispielsweise ein Getriebe, abgegeben wird. Das Gleitelement 81 kann mit der Lagerbuchse 82 in alternativen Ausführungsformen auch als ein aus dem Stand der Technik bekanntes Linearlager ausgebildet sein. [0058] In the first embodiment of the piston machine 10 according to Fig. 1, the gear mechanism 9 has a positive guide unit 7 for the positive guidance of the piston or for guiding the piston 2 and causes the latter to carry out the rotary stroke movement or to carry it out in a defined predetermined manner. The gear mechanism 9 or the piston machine 10 also has a conversion unit 8 which converts the rotary stroke movement into a pure rotary movement. The conversion unit 8 has a sliding element 81 which has an elongated square design or is designed as a so-called square (Fig. 10, 11). The sliding element 81 or the square is connected to the piston 2 via a piston rod 29, so that the sliding element 81 carries out the rotary stroke movement of the piston 2 together with it. In the conversion unit 8, opposite the sliding element 81, a bearing bush 82 of the same design is arranged, which is mounted in the housing of the cylinder via roller bearings so that it can rotate relative to the latter. If the piston 2 now carries out the rotary stroke movement, the sliding element 81 is adjusted along with the piston 2 via the piston rod 29 and dips further in or out of the bearing bush 82 along the cylinder axis relative to the latter. Thanks to its square design, the sliding element 81 takes the bearing bush 82 with it in the direction of rotation of the piston 2, thereby converting the rotary stroke movement of the piston 2 into a pure rotary movement on the bearing bush 82. The sliding element 81 can therefore be adjusted in the cylinder axis of the piston 2 or cylinder 1 relative to the bearing bush 82, but takes this with it during the rotary movement around the axis of the piston 2 or cylinder 1. Further elements can then be arranged on the bearing bush 82, via which the rotary motion is diverted and transmitted to further elements, for example a gear. In alternative embodiments, the sliding element 81 can also be designed with the bearing bush 82 as a linear bearing known from the prior art.

[0059] Optional zu der in den Fig. 1 bis 18 dargestellten Ausbildung mittels Umwandlungseinheit 8 mit Gleitelement 81 und Lagerbuchse 82 kann die Umwandlungseinheit 8 alternativ auch eine Drehmomentkugelbuchse oder andere aus dem Stand der Technik bekannte Bauteile aufweisen, die mit der Kolbenstange 29 verbunden sind und, wie zuvor beschrieben, die Drehhubbewegung in eine reine Drehbewegung umwandeln. [0059] Optionally to the embodiment shown in Figs. 1 to 18 by means of conversion unit 8 with sliding element 81 and bearing bush 82, the conversion unit 8 can alternatively also have a torque ball bush or other components known from the prior art, which are connected to the piston rod 29 and, as previously described, convert the rotary stroke movement into a pure rotary movement.

[0060] Die erste Ausführungsform der Kolbenmaschine 10 der Fig. 1 weist ebenso eine Zwangsführungseinheit 7 auf, mit der die Zwangsbewegung des Kolbens 2, also die Drehhubbewegung, geführt bzw. diesem aufgezwungen wird. Die Zwangsführungseinheit 7 ist in der ersten Ausführungsform der Fig. 1, 10 und 11 in Form eines Sinusgetriebes ausgebildet. Die Zwangsführungseinheit 7 bzw. der Getriebemechanismus 9 weist eine über den Umfang sinusförmig ausgebildete Scheibe 75 auf, die über eine Führungsstange 79 mit dem Kolben 2 verbunden ist. Die Scheibe 75 weist über ihren Umfang gesehen einen sinusförmigen Verlauf auf und ist über ein Kugelgelenk 100 (Fig. 1) mit der Führungsstange 79 verbunden. Die Scheibe 75 kann also relativ zur [0060] The first embodiment of the piston machine 10 of Fig. 1 also has a positive guide unit 7, with which the positive movement of the piston 2, i.e. the rotary stroke movement, is guided or imposed on it. The positive guide unit 7 is designed in the first embodiment of Figs. 1, 10 and 11 in the form of a sinusoidal gear. The positive guide unit 7 or the gear mechanism 9 has a disk 75 which is sinusoidally shaped over the circumference and which is connected to the piston 2 via a guide rod 79. The disk 75 has a sinusoidal shape over its circumference and is connected to the guide rod 79 via a ball joint 100 (Fig. 1). The disk 75 can therefore be moved relative to the

Führungsstange 79 über das Kugelgelenk 100 eine geringfügige Kipp- bzw. Schwenkbewegung ausführen. Zwischen dem Kugelgelenk 100 und der Scheibe 75 ist eine Federscheibe 102 angeordnet. Die Federscheibe 102 überträgt das Drehmoment der Führungsstange 79 über das Kugelgelenk 100auf die Scheibe 75 erlaubt aber eine relative Verkippung bzw. Verdrehung der Scheibe 75 zu der Führungsstange 79 durch eine elastische Verformung. Die Scheibe 75 bildet mit dem Kugelgelenk 100, der Federscheibe 102 und der Führungsstange 79 ein sogenannte Waagebalkenlagerung aus, die ein Verkippen der Scheibe relativ zur Führungsstange ermöglicht aber trotzdem eine Übertragung des Drehmoments des Kolbens 2 bzw. der Führungsstange 98 auf die Scheibe ermöglicht. Durch diese Anordnung wird weiters auch ein Lastausgleich ermöglicht. Guide rod 79 can perform a slight tilting or swiveling movement via the ball joint 100. A spring washer 102 is arranged between the ball joint 100 and the disk 75. The spring washer 102 transfers the torque of the guide rod 79 to the disk 75 via the ball joint 100 but allows the disk 75 to tilt or twist relative to the guide rod 79 through elastic deformation. The disk 75 forms a so-called balance beam bearing with the ball joint 100, the spring washer 102 and the guide rod 79, which allows the disk to tilt relative to the guide rod but still allows the torque of the piston 2 or the guide rod 98 to be transferred to the disk. This arrangement also enables load balancing.

[0061] Gegenüber dem Gehäuse des Zylinders 1 ist die Scheibe 75 durch zwei Führungselemente 76 in ihrer Bewegung geführt. Die Führungselemente 76 weisen jeweils zwei Führungszapfen 78 auf, an denen jeweils Rollelemente 77 angeordnet sind. Die Rollelemente 77 sind bei der Ausführungsform der Fig. 1 Kegelrollen, die jeweils an einer der Stirnseiten der Scheibe 75 anliegen, und dadurch in der Dicke der Scheibe 75 im Abstand zueinander angeordnet sind. Über die Rollelemente 77 wird die Scheibe 75 geführt, wobei sich die Führungselemente 76 relativ zum Gehäuse des Zylinders 1 verschwenken können. Durch die Anordnung der Scheibe 75 und deren sinusförmige Ausbildung mit dem Kugelgelenk 100, den Führungselementen 76 sowie den Rollelementen 77 wird der Kolben 2 über die Führungsstange 79 geführt bzw. diesem eine Zwangsbewegung bei der Ausführungsform der Fig. 1 eine sinusförmige Drehhubbewegung aufgezwungen. [0061] Compared to the housing of the cylinder 1, the disk 75 is guided in its movement by two guide elements 76. The guide elements 76 each have two guide pins 78, on each of which rolling elements 77 are arranged. In the embodiment of Fig. 1, the rolling elements 77 are tapered rollers, each of which rests against one of the end faces of the disk 75 and is therefore arranged at a distance from one another in the thickness of the disk 75. The disk 75 is guided by the rolling elements 77, whereby the guide elements 76 can pivot relative to the housing of the cylinder 1. Due to the arrangement of the disk 75 and its sinusoidal design with the ball joint 100, the guide elements 76 and the rolling elements 77, the piston 2 is guided by the guide rod 79 or a forced movement is imposed on it, in the embodiment of Fig. 1, a sinusoidal rotary stroke movement.

[0062] In den Fig. 12 und 13 ist eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine 10 dargestellt. In der zweiten Ausführungsform der Kolbenmaschine 10 weist der Getriebemechanismus 9 eine alternative Zwangsführungseinheit 7 auf. Die Zwangsführungseinheit 7 weist eine Kugelnut 71 auf, die am Inneren des Gehäuses 1, das im Bereich der Zwangsführungseinheit 7 ebenfalls zylindrisch ausgeführt ist, ausgebildet ist. Der Kugelnut 71 gegenüber sind an der Führungsstange 79 drei Kugelpfannen 72 angeordnet, in denen Kugeln 73 befestigt sind. Die Kugeln 73 greifen von den Kugelpfannen 72 in die Kugelnuten 71 ein und bewirken über die Führungsstange 79 eine Zwangsbewegung des Kolbens 2 entsprechend der Ausbildung der Kugelnut 71. Die Kugelnut 71 weist eine sinusähnliche Kurvenform auf, sodass dem Kolben 2 eine sinusförmige Drehhubbewegung entsprechend der Laufbahn der Kugelnuten 71 aufgezwungen wird. [0062] Figures 12 and 13 show a second embodiment of the piston engine 10 according to the invention. In the second embodiment of the piston engine 10, the gear mechanism 9 has an alternative positive guide unit 7. The positive guide unit 7 has a ball groove 71 which is formed on the inside of the housing 1, which is also cylindrical in the area of the positive guide unit 7. Opposite the ball groove 71, three ball sockets 72 are arranged on the guide rod 79, in which balls 73 are fastened. The balls 73 engage from the ball sockets 72 into the ball grooves 71 and, via the guide rod 79, cause a forced movement of the piston 2 in accordance with the design of the ball groove 71. The ball groove 71 has a sinusoidal curve shape, so that the piston 2 is forced to perform a sinusoidal rotary stroke movement in accordance with the path of the ball grooves 71.

[0063] Alternativ zu der in den Fig. 12 und 13 dargestellten Ausführungsform können die Kugelpfannen 72 bzw. die Kugelnuten 71 mit den Kugeln 73 in Form eines Podegelenks ausgebildet sein, sodass die drei Kugeln 73 beispielsweise einen Tripod ausbilden. [0063] As an alternative to the embodiment shown in Figs. 12 and 13, the ball sockets 72 or the ball grooves 71 with the balls 73 can be designed in the form of a pod joint, so that the three balls 73 form a tripod, for example.

[0064] Optional zu der in den Fig. 12 und 13 beschriebenen Ausführungsform mittels Kugeln 73 können auch andere Wälzkörper an der Führungsstange 79 angeordnet sein und sich in gegengleich ausgebildeten Nuten am Gehäuse des Zylinders 1 abstützen bzw. in diesen bewegen. [0064] Optionally to the embodiment using balls 73 described in Figs. 12 and 13, other rolling elements can also be arranged on the guide rod 79 and can be supported in or move in opposing grooves on the housing of the cylinder 1.

[0065] In den Fig. 14 bis 16 ist eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine 10 dargestellt. Bei der dritten Ausführungsform der Kolbenmaschine 10 ist die Zwangsführungseinheit 7 im Inneren des Kolbens 2 angeordnet. Der Kolben 2 ist dabei hohlzylindrisch ausgeführt und in dessen Innenwand sind Kugelpfannen 72 ausgebildet, in denen Kugeln 73 angeordnet sind. Im Inneren des Kolbens 2 ist weiters ein Stator 74 angeordnet, der über eine Verbindungsstange mit dem Gehäuse des Zylinders 1 verbunden ist. Der Stator 74 ist dabei drehfest im Inneren des Kolbens 2 angeordnet und weist zwei jeweils um 90° zueinander versetze Kugelnuten 71 auf. Uber die Kugeln 73 bzw. die Kugelnuten 71 wird die Bewegung des Kolbens 2 über den Stator 74 dem Kolben 2 aufgezwungen und dieser führt entsprechend der Ausbildung der Kugelnuten 71 beispielsweise eine sinusförmige Drehhubbewegung aus. Der Kolben 2 ist also mit der Zwangsführungseinheit 7 in dessen Inneren zwangsgelagert und führt bei Einströmen des Arbeitsmediums über den Einlasskanal 4 und den Kolbeneinlasskanal 24 eine Drehhubbewegung aus. [0065] A third embodiment of the piston machine 10 according to the invention is shown in Figures 14 to 16. In the third embodiment of the piston machine 10, the forced guide unit 7 is arranged inside the piston 2. The piston 2 is designed as a hollow cylinder and ball sockets 72 are formed in its inner wall, in which balls 73 are arranged. A stator 74 is also arranged inside the piston 2, which is connected to the housing of the cylinder 1 via a connecting rod. The stator 74 is arranged in a rotationally fixed manner inside the piston 2 and has two ball grooves 71, each offset by 90° to one another. The movement of the piston 2 is forced onto the piston 2 via the balls 73 or the ball grooves 71 via the stator 74, and the piston 2 carries out a sinusoidal rotary stroke movement, for example, depending on the design of the ball grooves 71. The piston 2 is therefore positively mounted with the positive guide unit 7 in its interior and executes a rotary stroke movement when the working medium flows in via the inlet channel 4 and the piston inlet channel 24.

[0066] In den Fig. 17 und 18 ist eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenma-[0066] In Figs. 17 and 18, a fourth embodiment of the piston machine according to the invention is shown.

schine 10 dargestellt. Die Kolbenmaschine 10 weist, eine Zwangsführungseinheit 7 auf, die im Inneren des Kolbens 2 angeordnet ist. Der Kolben 2 weist drei Kugelpfannen 72 auf, in der drei Kugeln 73 bzw. (Fig. 18) angeordnet sind. Zwischen dem Stator 74 und dem Kolben 2 ist eine Zwischenhülse 87 angeordnet, an der die Kugelnuten 71 ausgebildet sind. die Zwischenhülse 87 ist mit dem Stator 74 fest verbunden, sodass der Kolben 2 die Drehhubbewegung ausführen kann. Die Ausführungsform der Fig. 17 und 18 weist nur eine Kugelnut 71 auf. machine 10 is shown. The piston machine 10 has a positive guide unit 7 which is arranged inside the piston 2. The piston 2 has three ball sockets 72 in which three balls 73 or (Fig. 18) are arranged. An intermediate sleeve 87 is arranged between the stator 74 and the piston 2, on which the ball grooves 71 are formed. The intermediate sleeve 87 is firmly connected to the stator 74 so that the piston 2 can carry out the rotary stroke movement. The embodiment of Figs. 17 and 18 has only one ball groove 71.

[0067] Wie in den Fig 14 bis 18 dargestellt weisen die dritte und vierte Ausführungsform eine Anzahl von Zirkulationskanälen 103 auf, die es ermöglichen, dass die im Kolben 2 vorliegende Luft bei der Hubbewegung zirkulieren kann, ohne einer Verdichtung zu unterliegen und dadurch die Bewegung des Kolbens 2 zu hemmen. [0067] As shown in Figures 14 to 18, the third and fourth embodiments have a number of circulation channels 103 which allow the air present in the piston 2 to circulate during the reciprocating movement without being subject to compression and thereby inhibiting the movement of the piston 2.

[0068] Durch die bevorzugten Ausführungsformen der Fig. 14 bis 18 wird eine besonders kompakte Bauweise der Kolbenmaschine 10 ermöglicht, die zusätzlich nur wenige bewegte Teile aufweist, wodurch einerseits die Fehleranfälligkeit und andererseits auch die bewegten Massen reduziert werden. [0068] The preferred embodiments of Figs. 14 to 18 enable a particularly compact design of the piston engine 10, which additionally has only a few moving parts, thereby reducing the susceptibility to errors on the one hand and the moving masses on the other.

[0069] Wie in den Fig 1 bis 18 dargestellt kann der Getriebemechanismus 9 bzw. die Umwandlungseinheit 8 und die Zwangsführungseinheit 7 getrennt zum Arbeitsraum 3 angeordnet sein und derart separat abgedichtet ausgebildet sein. So kann beispielsweise eine optionale Schmierung und hermetische Trennung des Getriebemechanismus 9 bzw. der Umwandlungseinheit 8 und der Zwangsführungseinheit 7 zum Arbeitsraum bewirkt werden, wodurch deren Komponenten eine erhöhte Lebensdauer aufweisen und Vermischungen bzw. Berührung mit dem Arbeitsmedium effektiv verhindert werden. [0069] As shown in Figures 1 to 18, the gear mechanism 9 or the conversion unit 8 and the positive guide unit 7 can be arranged separately from the working chamber 3 and thus be designed to be separately sealed. For example, an optional lubrication and hermetic separation of the gear mechanism 9 or the conversion unit 8 and the positive guide unit 7 from the working chamber can be effected, whereby their components have an increased service life and mixing or contact with the working medium is effectively prevented.

[0070] Wie in den bevorzugten Ausführungsformen der Fig. 14 bis 17 dargestellt, kann optional die Kolbenmaschine 10 zwei Kolbenringe 22 aufweisen, die jeweils in Bezug auf die Zylinderachse bzw. die Achse des Kolbens 2 in einem Abstand über den Umfang des Kolbens 2 angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Kolbenringen 22 kann dann beispielsweise im Kolben 2 oder Zylinder 1 als Kühlraum 14 ausgebildet sein, in den über einen Kühlkanal 15 Kühlmittel dem Kolben 2 zugeführt wird. So kann ein beispielsweise über den Kühlkanal 15 eingebrachtes Kühlmittel im Kühlraum 14 zirkulieren und über einen anderen Kühlkanal 15 aus dem Kühlraum 14 wieder ausgebracht werden. Derart ist es möglich, über das Kühlmittel bzw. Kühlmedium den Kolben 2 bzw. den Zylinder 1 im Bereich des Kühlraums 14 gezielt zu kühlen und dadurch unerwünschte Temperaturerhöhungen zu vermeiden. [0070] As shown in the preferred embodiments of Fig. 14 to 17, the piston engine 10 can optionally have two piston rings 22, each of which is arranged at a distance around the circumference of the piston 2 in relation to the cylinder axis or the axis of the piston 2. The distance between the piston rings 22 can then be designed, for example, in the piston 2 or cylinder 1 as a cooling chamber 14, into which coolant is supplied to the piston 2 via a cooling channel 15. For example, a coolant introduced via the cooling channel 15 can circulate in the cooling chamber 14 and be discharged from the cooling chamber 14 again via another cooling channel 15. In this way, it is possible to specifically cool the piston 2 or the cylinder 1 in the area of the cooling chamber 14 using the coolant or cooling medium, thereby avoiding undesirable temperature increases.

[0071] In bevorzugten Ausführungsformen bestehen der Zylinder 1, der Kolben 2 und andere Bauteile der Kolbenmaschine 10 oder Teile davon aus Keramikwerkstoffen, Kohlestoff-GraphitCompounds oder High-Tech Kunststoffen und High-Tech Compounds. [0071] In preferred embodiments, the cylinder 1, the piston 2 and other components of the piston engine 10 or parts thereof consist of ceramic materials, carbon-graphite compounds or high-tech plastics and high-tech compounds.

[0072] Die in den Fig 1 bis 21 dargestellten Ausführungsformen der Kolbenmaschine 10 können entweder als Expansionsmaschinen ausgebildet sein, in denen ein komprimiertes Arbeitsgas im Arbeitsraum 3 expandiert wird und dadurch dem Kolben 2 Arbeit aufbringt oder auch umgekehrt durch den Kolben 2 Arbeit in Form von Verdichtungsleistung an das Arbeitsmedium durch Aufbringung mechanischer Leistung an dem Kolben 2 aufgebracht werden. [0072] The embodiments of the piston machine 10 shown in Figures 1 to 21 can either be designed as expansion machines in which a compressed working gas is expanded in the working chamber 3 and thereby applies work to the piston 2 or, conversely, work in the form of compression power is applied to the working medium by the piston 2 by applying mechanical power to the piston 2.

[0073] Die erfindungsgemäße Kolbenmaschine 10 kann optional zu den dargestellten Ausführungsformen eine Mehrzahl von Zylindern 1 aufweisen, die jeweils einen in diesen angeordneten Kolben 2 aufweisen. [0073] The piston engine 10 according to the invention can optionally comprise a plurality of cylinders 1 in addition to the embodiments shown, each of which has a piston 2 arranged therein.

[0074] Eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine 10 sieht vor, dass die Kolbenmaschine 10 als Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist bzw. eine Verbrennungskraftmaschine eine erfindungsgemäße Kolbenmaschine 10 umfasst. In der Kolbenmaschine 10 wird beispielsweise sodann ein Verbrennungsfluid als Arbeitsmedium über den Einlasskanal 4 in den Arbeitsraum 3 eingebracht und mit einem Oxidationsmittel verbrannt. Bei der Verbrennung dehnt sich das Arbeitsmedium aus und drückt den Kolben 2 entlang der Drehhubbewegung und gibt somit Leistung an den Kolben 2 und über diesen an die Umwandlungseinheit 8 ab. Über die Umwandlungseinheit 8 kann sodann die Leistung beispielsweise auf Räder eines Fahrzeugs oder ein Getriebe abgegeben werden. Hierzu können, wie beispielsweise in Fig. 14 dargestellt, Zünd-[0074] An advantageous application of the piston engine 10 according to the invention provides that the piston engine 10 is designed as an internal combustion engine or an internal combustion engine comprises a piston engine 10 according to the invention. In the piston engine 10, for example, a combustion fluid is then introduced as a working medium via the inlet channel 4 into the working chamber 3 and burned with an oxidizing agent. During combustion, the working medium expands and presses the piston 2 along the rotary stroke movement and thus delivers power to the piston 2 and via this to the conversion unit 8. The power can then be delivered via the conversion unit 8, for example to the wheels of a vehicle or a transmission. For this purpose, as shown for example in Fig. 14, ignition

kerzen 101 vorgesehen sein, die in den Arbeitsraum 3 ragen. Eine derartige Verbrennungskraftmaschine kann beispielsweise im Ottoprinzip oder auch als Dieselmotor oder Gasmotor ohne größere Anpassungen verwendet werden. candles 101 may be provided which protrude into the working chamber 3. Such an internal combustion engine can be used, for example, in the Otto principle or also as a diesel engine or gas engine without major adaptations.

[0075] Eine weitere Verwendung der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine 10 sieht vor, dass diese als Verdichter bzw. Pumpe ausgebildet ist oder der Verdichter eine Kolbenmaschine 10 aufweist. Das Arbeitsmedium tritt dabei in die erfindungsgemäße Kolbenmaschine 10 ein, wird im Arbeitsraum 3 verdichtet und tritt dann über den Auslasskanal 5 als verdichtetes Arbeitsmedium oder als Arbeitsmedium mit höherem Druckniveau aus. Im Fall des Verdichters wird dem Kolben 2 über die Umwandlungseinheit 8 und den Kolben 2 Arbeit zugeführt, die dieser dann über die Drehhubbewegung an das Arbeitsmedium abgibt. [0075] Another use of the piston machine 10 according to the invention provides that it is designed as a compressor or pump or that the compressor has a piston machine 10. The working medium enters the piston machine 10 according to the invention, is compressed in the working chamber 3 and then exits via the outlet channel 5 as a compressed working medium or as a working medium with a higher pressure level. In the case of the compressor, work is supplied to the piston 2 via the conversion unit 8 and the piston 2, which then transfers this work to the working medium via the rotary stroke movement.

[0076] Eine weitere vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine 10 sieht vor, dass diese als Dampfexpander, die im RC- oder ORC-Prozess arbeitet, ausgebildet ist, oder dass ein Dampfexpander eine erfindungsgemäße Kolbenmaschine 10 umfasst. In dem Arbeitsraum 3 wird dann das Arbeitsmedium, beispielsweise Wasserdampf oder ORC-Fluid, expandiert und derart Leistung über den Kolben 2 und den Getriebemechanismus 9 bzw. die Umwandlungseinheit 8 abgeführt. [0076] A further advantageous application of the piston engine 10 according to the invention provides that it is designed as a steam expander that works in the RC or ORC process, or that a steam expander comprises a piston engine 10 according to the invention. The working medium, for example water vapor or ORC fluid, is then expanded in the working chamber 3 and power is thus dissipated via the piston 2 and the gear mechanism 9 or the conversion unit 8.

[0077] In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine 10 können sich der Kolbeneinlasskanal 24 bzw. der Kolbenauslasskanal 25 mit dessen Mündung in das Kolbenhemd 21 entsprechend der Drehhubbewegung des Kolbens 2 länglich erstrecken. [0077] In a preferred embodiment of the piston engine 10 according to the invention, the piston inlet channel 24 or the piston outlet channel 25 with its opening into the piston skirt 21 can extend longitudinally according to the rotary stroke movement of the piston 2.

[0078] In der Fig. 19 ist eine Ausführungsform des Kolbens 2 in abgewickelter Form dargestellt. Der Kolbeneinlasskanal 24 und der Kolbenauslasskanal 25 sind entsprechend der Drehhubbewegung des Kolbens 2 über einen Abschnitt der Drehhubbewegung, über das Kolbenhemd 21 sich erstreckend, teilweise sinusförmig ausgebildet. In Fig. 20 ist dann der Auslasskanal 5 bzw. der Einlasskanal 4 ebenfalls in abgewickelter Form über den Zylindermantel 11 dargestellt. Über einen Abschnitt der Drehhubbewegung des Kolbens 2 korrespondiert also der Kolbeneinlasskanal 24 mit dem Einlasskanal 4 und das Arbeitsmedium kann in den Arbeitsraum 3 über den Kolbeneinlasskanal 24 strömen. Ist dieses sodann, wie beispielsweise in einem Verdichter, expandiert, kommt der Kolbenauslasskanal 25 in Überdeckung mit dem Auslasskanal 5 und das Arbeitsmedium kann über den Kolbenauslasskanal 25 und den Auslasskanal 5 aus dem Zylinder austreten. Wie in Fig. 19 gezeigt, ist beispielswiese in der Ausbildung der Kolbenmaschine als Dampfexpander der Kolbenauslasskanal 25 weiter über den Umfang des Kolbenhemds 21 erstreckt als der Kolbeneinlasskanal 24. [0078] In Fig. 19, an embodiment of the piston 2 is shown in developed form. The piston inlet channel 24 and the piston outlet channel 25 are designed to be partially sinusoidal in accordance with the rotary stroke movement of the piston 2 over a section of the rotary stroke movement, extending over the piston skirt 21. In Fig. 20, the outlet channel 5 or the inlet channel 4 is then also shown in developed form over the cylinder jacket 11. Over a section of the rotary stroke movement of the piston 2, the piston inlet channel 24 corresponds to the inlet channel 4 and the working medium can flow into the working chamber 3 via the piston inlet channel 24. If this is then expanded, as in a compressor, for example, the piston outlet channel 25 overlaps with the outlet channel 5 and the working medium can exit the cylinder via the piston outlet channel 25 and the outlet channel 5. As shown in Fig. 19, for example, in the design of the piston engine as a steam expander, the piston outlet channel 25 extends further over the circumference of the piston skirt 21 than the piston inlet channel 24.

[0079] In Fig. 21 und 22 ist entsprechend den Fig. 19 und 20 eine Ausbildung des Kolbeneinlasskanals 24 und des Kolbenauslasskanals 25 für einen im Viertaktprinzip verwendeten Verbrennungsmotor dargestellt. Je nach Ausbildung der Kolbeneinlasskanäle 24 bzw. Kolbenauslasskanäle 25 können so asymmetrische Steuerzeigen des Kolbens 2 bzw. des Prozesses im Arbeitsraum 3 gesteuert werden und dem Kolben 2 vorteilhafte Bewegungsmuster aufgezwängt werden. [0079] In Fig. 21 and 22, a design of the piston inlet channel 24 and the piston outlet channel 25 for an internal combustion engine used in the four-stroke principle is shown, corresponding to Fig. 19 and 20. Depending on the design of the piston inlet channels 24 or piston outlet channels 25, asymmetric control points of the piston 2 or the process in the working chamber 3 can be controlled and advantageous movement patterns can be imposed on the piston 2.

Claims

Patent claims

1. Piston machine (10) for delivering or taking work from or to a gaseous or liquid working medium, comprising at least one cylinder (1) which is closed off at the front, in particular by a cylinder head, in which a piston (2) is arranged, wherein the piston (2) is guided in the working chamber (3) of the cylinder (1) in such a way that it carries out an oscillating movement along the cylinder axis as well as a rotating movement about the cylinder axis, in particular a sinusoidal rotary stroke movement, wherein the piston (2) is connected, in particular via a piston rod (29), to a gear mechanism (9) for forcibly guiding the piston (2) and for converting the rotary stroke movement into a rotary movement, wherein the piston machine (10) has at least one inlet channel (4) for the inlet of the working medium into the working chamber (3) and at least one outlet channel (5) for the outlet of the working medium from the working chamber (3), wherein the inlet channel (4) and the outlet channel (5) in the cylinder jacket (11) are arranged in such a way that the piston (2) with its piston skirt (21) passes over the inlet channel (4) and the outlet channel (5) during its rotary stroke movement and covers and releases them cyclically, in particular completely, and wherein the inlet channel (4) and the outlet channel (5) with the piston (2) are arranged and designed in such a way that the inlet channel (4) and the outlet channel (5) are dynamically sealed independently of one another against the working space (3) for the working medium, wherein the sealing surface between the piston skirt (21) and the inlet channel (4) and/or the outlet channel (5) is arranged around the inlet channel (4) and/or the outlet channel (5), characterized in that the opening of the inlet channel (4) and/or the outlet channel (5) into the cylinder (1) has a sinusoidal extension in the cylinder jacket (11), and/or that the opening of the piston inlet channel (24) and/or the mouth of the piston outlet channel (25) on the piston skirt (21) have an extension corresponding to a portion of the movement of the piston, in particular a partially sinusoidal extension.

2, piston engine (10) according to claim 1, characterized in that the piston engine (10) has a number of sealing units (6), wherein the sealing units (6) each have a sealing sleeve (63) which can be pressed onto the piston skirt (21) of the piston (2), wherein one sealing unit (6), in particular the sealing sleeve (63), is arranged around the inlet channel (4) and one sealing unit (6), in particular the sealing sleeve (63), is arranged around the outlet channel (5) and each seals the inlet channel (4) and the outlet channel (5) against the working chamber (3), wherein the sealing unit (6), in particular the sealing sleeve (63), is designed in such a way that it permanently rests on the piston skirt (21) at least in two points when the piston (2) passes over the inlet channel (4) and/or the outlet channel (5), wherein in particular the sealing unit (6), preferably the sealing sleeve (63), is orbicular is shaped to match the radius of the piston skirt (21).

3. Piston machine (10) according to claim 2, characterized in that the sealing units (6) have a spring (65), wherein by means of the spring (65) the sealing units (6), in particular the sealing sleeve (63) can be pressed against the piston skirt (21) of the piston (2).

4. Piston engine (10) according to claim 2 or 3, characterized in that the sealing units (6) are connected to the working chamber (3) or the inlet channel (4) and/or the outlet channel (5) via pressure-transmitting channels (62), wherein the prevailing differential pressure between the inlet channel (4) or the outlet channel (5) to the working chamber (2) can be transmitted via the channel (62) to the sealing unit (6), in particular the sealing sleeve (63), and the sealing unit (6), in particular the sealing sleeve (63), can be pressed in the direction of the piston skirt (21).

10.

11.

AT 526 919 B1 2024-09-15

Piston machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the piston (2) has a piston bottom (26) which is set back with respect to the end face (23) of the piston (2), so that the piston (2) forms a cavity (27) open towards the working chamber (3),

- wherein the piston (2) has at least one piston inlet channel (24) formed in the piston (2), which forms a connection from the piston skirt (21) into the cavity (27) and/or to the piston crown (26) and enables the working medium to flow into the working chamber (3) when the piston (2) passes over the inlet channel (4) and

- wherein the piston (2) has at least one piston outlet channel (25) formed in the piston (2), which forms a connection between the cavity (27) and/or the piston crown (26) to the piston skirt (21) and enables the working medium to flow out of the working chamber (2) when the piston (2) passes over the outlet channel (5).

Piston engine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet channel (4) and/or the outlet channel (5) extend over a section of the movement, in particular the sinusoidal course, of the piston skirt (21), preferably the piston inlet channel (24) and/or the piston outlet channel (25), following.

Piston machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the piston inlet channel (24) runs in the piston (2), in particular opens into the working chamber (3) in the direction of the piston bottom (26), in such a way that a flow pressure in the direction of the direction of movement of the piston (2) can be applied to the piston (2) by the working medium entering the piston (2) from the inlet channel (5).

Piston machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the cylinder (1) has two working chambers (3), the piston (2) being designed as a double-acting piston (2), the two working chambers (3) being arranged at opposite ends of the cylinder (1) and being separated from one another by the piston (2),

wherein in particular the piston (2) has an H-shaped configuration in the meridional section.

Piston machine (10) according to claim 8, characterized in that the two working chambers (3) are separated from each other in a fluid-tight manner by at least one piston ring (22) arranged on the piston (2),

wherein the piston ring (22) preferably has an anti-twisting device, in particular an extension or hook (28) engaging in the piston (2), which prevents rotation of the piston ring (22) relative to the piston (2).

Piston machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in

net that the gear mechanism (9) has a positive guide unit (7) for positive guidance

of the piston (2) and a conversion unit (8) for converting the rotary stroke movement

in a rotary motion,

- wherein the forced guidance unit (7) and a conversion unit (8) are arranged spatially separated in the piston engine (10), and

- wherein in particular the conversion unit (8) and/or the forced guide unit (7) is designed to be fluid-tightly sealed to the working space (3) and is arranged separately therefrom.

Piston machine (10) according to claim 10, characterized in that the conversion unit (8) has a sliding element (81), in particular arranged at the end of the piston rod (29), in particular a cylindrical polygon, preferably a square or hexagon, which is arranged in the direction of the piston axis of the piston (2) in a bearing bush (82) of opposite design so as to be displaceable relative to the latter, wherein the bearing bush (82) is rotatably mounted relative to the housing of the piston machine (10) and via this the rotary stroke movement converted into a rotary movement can be discharged.

12. Piston machine (10) according to one of claims 10 or 11, characterized in that the conversion unit (8) for the removal or supply of the torque has a torque ball bushing with which the rotary stroke movement initiated on the piston (2), in particular the piston rod (29), can be converted at the conversion unit (8) into a rotary movement or the rotary movement at the conversion unit (8) can be converted into a rotary stroke movement on the piston (2).

13. Piston machine (10) according to one of claims 10 to 12, characterized in that the positive guide unit (7) has a number of ball grooves (71) and a number of ball sockets (72), the ball sockets (72) being arranged opposite the ball grooves (71), the ball grooves (71) being designed in accordance with the rotary stroke movement of the piston (2), in particular having a sinusoidal or sinusoidal-like curve shape, balls (73) or other rolling elements being arranged in the ball sockets (72), which can be moved in the ball sockets (72) following the track of the ball grooves (71) during the rotary stroke movement of the piston (2), and the piston (2) can be guided during its rotary stroke movement.

14. Piston machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the transition between the piston (2) and the gear mechanism (9), in particular the positive guide unit (7), is designed in the form of a pedestal joint, in particular with at least three pins and a number of rollers or ball or needle bearings.

15. Piston machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the piston (2) is hollow, wherein the positive guide unit (7) is formed in the interior of the piston (2).

16. Piston machine (10) according to claim 15, characterized in that the ball grooves (71) are arranged in the inside of the piston (2) and the ball sockets (72) are arranged on a stator (74) connected to the housing of the piston machine (10) or - that the ball sockets (72) are arranged in the inside of the piston (2) and the ball

grooves (71) are formed on a stator (74).

17. Piston machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the gear mechanism (9), in particular the positive guide unit (7), is designed in the form of a sinusoidal disk gear, wherein the gear mechanism (9) has a disk (75) which is sinusoidally formed over its circumference and which is connected to the piston (2),

- wherein the disc (75) is connected to rolling elements (77) via a guide element (76) connected to the housing, - wherein the rolling elements (77) rest on the disc (75) for guidance and storage.

18. Piston machine (10) according to claim 17, characterized in that at least two guide elements (76) are provided, each of which is designed to be rotatably mounted in the housing, each guide element (76) having two guide pins (78) directed in the direction of the disk (75), on each of which a rolling element (77) is arranged so as to be rotatably mounted, the guide pins (78) with the rolling elements (77) being designed and arranged at a distance from one another in such a way that the rolling elements (77) rest on the respective opposite end faces of the disk (75) and the disk is guided and mounted by the rolling movement of the rolling elements (77) and a pivoting movement of the guide elements (76),

- wherein the positive guide unit (7) has a ball joint (100) arranged between the piston (2) and the disc (75),

wherein the disc (75) is connected to the ball joint (100) via a spring disc (102) in such a way

torque-transmitting connection, that a relative tilting or twisting of the

Disc (75) is made possible by an elastic deformation of the spring slide (102).

19. Piston machine (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the piston (2) has two piston rings (22) which are arranged at a distance on the piston

(2) are arranged relative to one another and form a cooling chamber (14) between them, wherein in the cylinder jacket (11) at least one cooling channel (15) opens into the cooling chamber (14) into which a cooling medium can be introduced and thus the piston (2) and/or the cylinder (1) can be cooled.

20. Internal combustion engine for generating work from a combustion fluid mixed with an oxidizing agent as a working medium, comprising a number of cylinders, characterized in that the internal combustion engine is designed as a piston engine (10) according to one of claims 1 to 19, wherein the working fluid is caused to expand, in particular by means of a spark plug, and the energy generated can be released via the gear mechanism (9) and the burned working medium can be discharged as exhaust gas from the working chamber (3) via the outlet channel (5).

21. Compressor, in particular a pump, for compressing a working medium, characterized in that the compressor is designed as a piston machine (10) according to one of claims 1 to 19, wherein the working medium is compressed in the working chamber (3) and can be discharged from the piston machine (10) via the outlet channel (4) as a compressed working medium or working medium with an increased pressure level.

22. Steam expander for generating mechanical work from a vaporous working medium, in particular water vapor or ORGC fluid, characterized in that the steam expander is designed as a piston machine (10) according to one of claims 1 to 19, wherein the working medium is expanded in the working chamber (3) and thereby the piston (2) can be driven and mechanical work can be dissipated at the gear mechanism (9).

8 sheets of drawings