DE4424319C1

DE4424319C1 - Hot gas engine

Info

Publication number: DE4424319C1
Application number: DE19944424319
Authority: DE
Inventors: Harald Hofmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-07-09
Filing date: 1994-07-09
Publication date: 1996-02-22
Anticipated expiration: 2014-07-10
Also published as: DE19600321A1; EP0691467A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Heißgasmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a hot gas engine according to the preamble of claim 1.

Die DE-OS 32 39 021 beschreibt eine Wärmemaschine, die aus einem geschlossenen Gehäuse mit Innenwänden, einen Drehkolben, wobei zwischen diesem und den Gehäuseinnenwänden ein Arbeits raum begrenzt wird, und einen Kolben, der über einen Kurbel mechanismus und einem Planetengetriebe mit einer Kurbelwelle verbunden ist, besteht. Regeneratoreinrichtungen als Wärme übertragungsflächen sind an den Kammerwänden angebracht. Der Arbeitsraum wird durch einen Kolben, der in einem Zylinder an geordnet ist, im Volumen verändert. Der Zylinder befindet sich dabei im Drehkolben zu dessen Außenfläche hin. Damit können auch mehrere Zylinder und damit Kolben radial angeordnet werden. Durch diesen Kurbelmechanismus und dem angekoppelten Pla netengetriebe ergibt sich ein sehr komplizierter Aufbau mit mehreren integrierten Lagern, die die Lebensdauer entscheidend mitbestimmen und einschränken. DE-OS 32 39 021 describes a heating machine that consists of a closed housing with inner walls, a rotary piston, a work between this and the housing inner walls space is limited, and a piston that has a crank mechanism and a planetary gear with a crankshaft is connected. Regenerator devices as heat Transfer surfaces are attached to the chamber walls. Of the Working space is activated by a piston in a cylinder is ordered, changed in volume. The cylinder is located thereby in the rotary lobe towards its outer surface. So that can several cylinders and thus pistons can also be arranged radially. Through this crank mechanism and the coupled plate neten gearbox results in a very complicated structure several integrated bearings that make the lifespan crucial co-determine and limit.

Der Erfindung liegt das Problem zu grunde, einen Heißgasmotor zu schaffen, der sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet und für Hochdruck- und Leistungs maschinen oder Dauerläufer gleichermaßen geeignet ist.The problem lies with the invention reasons to create a hot gas engine that is characterized by a characterized by simple construction and for high pressure and performance machines or endurance runners is equally suitable.

Das Problem wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.The problem is solved by the features of claim 1.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Anordnung des Arbeitskolbens in einem drehbar gelagerten Verdränger, der gleichzeitig die Schwung scheibe darstellt, ein einfacher Aufbau eines Heißgasmotors realisiert wird, der sich weiterhin dadurch auszeichnet, daß sich geringste Gastoträume im System Verdränger/Arbeitskolben ergeben und daß eine Regenerierung von außen erfolgen kann. Mittels eines mechanischen Bewegungsumwandlers mit einem Kurven glied erfolgt die Wandlung der hin- und hergehenden Bewegung des Arbeitskolbens in eine rotatorische Bewegung, die einem direktangekoppelten Energiewandler zugeführt wird. Über die Kurvenform des Kurvengliedes des Bewegungswandlers ergibt sich die zusätzliche Möglichkeit der Steuerung der Winkel geschwindigkeit des Verdrängers und damit des thermody namischen Prozeßablaufes. Die Hauptbestandteile Verdränger, Arbeitskolben, Bewegungswandler und Energiewandler sind in einem Gehäuse untergebracht. Damit ist ein kompakter Aufbau gegeben, wobei eine leicht weiterleitbare Energieform von diesem Heißgasmotor abnehmbar ist. Die Teile Verdränger, Ar beitskolben und Bewegungswandler sind vorzugsweise als Dreh teile und die Wärmeaustauscher als Frästeile ausgeführt und damit leicht und ökonomisch herstellbar. Die Form des Ver drängerausschnittes kann in Grenzen variabel gestaltet werden, so daß die Gaswechselräume leicht dem jeweiligen thermodynami schen Arbeitsregime angepaßt werden können.The advantages achieved with the invention are in particular in that the arrangement of the working piston in one rotatable displacer, which at the same time the momentum disk represents a simple construction of a hot gas engine is realized, which is further characterized in that smallest gas dead spaces in the displacer / working piston system result and that regeneration can take place from the outside. Using a mechanical motion converter with a curve the change of the back and forth movement takes place of the working piston in a rotational movement that one directly coupled energy converter is supplied. About the The curve shape of the curve element of the motion converter results the additional possibility of controlling the angles speed of the displacer and thus of the thermody Named process flow. The main components displacer, Working pistons, motion converters and energy converters are in housed in a housing. This is a compact structure given, an easily transferable form of energy from this hot gas engine is removable. The parts displacer, Ar beitskolben and movement converter are preferably as a rotation parts and the heat exchanger designed as milled parts and thus easy and economical to manufacture. The shape of the ver external cutout can be designed variably within limits, so that the gas exchange rooms easily the respective thermodynami the working regime can be adapted.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprü chen 2 bis 19 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the claims Chen 2 to 19 specified.

Die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 2 und 3 beinhalten die Möglichkeit des Aufbaus des Gehäuses aus Einzelteilen in radialer Richtung, so daß über ein Baukastensystem variable Auf bauten realisierbar sind. Nach Anspruch 3 sind Regeneratorteile vorgesehen, die die Energiebilanz effektiver gestalten.The further developments according to claims 2 and 3 include the Possibility of building the housing from individual parts in radial Direction, so that variable on a modular system buildings are feasible. According to claim 3 are regenerator parts provided that make the energy balance more effective.

Das Wärmezufuhrteil kann nach Anspruch 4 eine Vorrichtung zur Zwangserwärmung enthalten, oder an dieses können Vorrichtungen, die Quellen zu ihrer Erwärmung nutzen, angekoppelt werden, so daß ein optimaler Wärmestrom in das Arbeitsgas des Heißgasmotors übertragen wird.The heat supply part can be a device according to claim 4 contain for forced heating, or to this Devices that heat their sources use, be coupled so that an optimal heat flow in the working gas of the hot gas engine is transmitted.

Nach den Ansprüchen 5, 6 und 7 werden unterschiedliche Kühlvor richtungen integriert oder angekoppelt, um den Wärmestrom aus dem Arbeitsgas im Heißgasmotor an die Umgebung abzuführen. So enthält nach Anspruch 5 das Wärmeabfuhrteil und nach Anspruch 6 enthalten dieses und die Regeneratorteile Vorrichtungen für eine Zwangskühlung, so daß ein Kühlmedium durch diese Teile geleitet wird. Nach den Ansprüchen 5 und 6 werden in weiteren Variatnen Kühlvor richtungen an diese Teile angekoppelt, so daß unterschied lichste Kühlmechanismen einsetzbar sind. Das thermische Zusam menschalten der eingesetzten Regeneratorsegmente nach Anspruch 7 führt zu einem prozeßunterstützenden thermodynamischen Ab lauf im Heißgasmotor.According to claims 5, 6 and 7 different cooling before directions integrated or coupled to the heat flow dissipate the working gas in the hot gas engine to the environment. So contains the heat dissipation part according to claim 5 and according to claim 6 contain this and the regenerator parts devices for forced cooling so that a cooling medium through these parts is directed. According to claims 5 and 6 in other variants are cooling directions coupled to these parts, so that difference lightest cooling mechanisms can be used. The thermal together human of the regenerator segments used according to claim 7 leads to a process-supporting thermodynamic Ab run in the hot gas engine.

Die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 8 bis 12 beinhalten vorteilhafte Ausgestaltungen des Verdrängers. So besteht der Verdränger nach den Ansprüchen 8 und 9 aus einem Körper und nach den Ansprüchen 10 und 11 sind zwei identische Verdränger vorgesehen, die mit einem Winkel größer 150° und kleiner 210° zueinander und mit einander verbunden und durch eine thermische Dichtung vonein ander getrennt sind. Der Einsatz zweier identischer Verdränger führt zu einem doppelt wirkendem und doppelt beaufschlagtem Arbeitskolben des Heißgasmotors. Der Verdränger ist sowohl entsprechend Anspruch 8 an der Oberfläche durchgehend als auch nach Anspruch 9 aus Lamellen aufge baut. Beim Einsatz eines Aufbaus des Verdrängers aus Lamellen sind nach Anspruch 12 die Gehäuseteile mit Rippen versehen. Durch diesen Aufbau ergibt sich eine wesent liche Flächenvergrößerung, verbunden mit einem erhöhten und schnelleren Wärmeaustausch zwischen dem Arbeitsgas und den ver schieden temperierten Gehäuseteilen, wobei die Leistung und die Drehzahl des Heißgasmotors vergrößert werden.The further developments according to claims 8 to 12 include advantageous embodiments of the displacer. So there is Displacer according to claims 8 and 9 from a body and according to claims 10 and 11, two identical displacers are provided with an angle greater than 150 ° and less than 210 ° to each other and with connected to each other and by a thermal seal are separated. The use of two identical displacers leads to a double acting and double acting Working piston of the hot gas engine. The displacer is both according to claim 8 on the surface throughout also according to claim 9 from slats builds. When using a Construction of the displacer from lamellae are the housing parts according to claim 12 Provide ribs. This structure results in an essential one Liche area enlargement, combined with an increased and faster heat exchange between the working gas and the ver different temperature-controlled housing parts, the performance and the Speed of the hot gas engine can be increased.

In den Ansprüchen 14 bis 16 sind Ausgestaltungen des Bewe gungswandlers ausgeführt, die verschiedene Möglichkeiten der Umformung der translatorischen Bewegung des Arbeitskolbens und der Kolbenstange in eine rotatorische darstellen.In claims 14 to 16 are refinements of the Bewe tion converter executed, the different possibilities of Reshaping the translatory movement of the working piston and represent the piston rod in a rotary.

Die elektrische Maschine als Energiewandler nach Anspruch 17 liefert eine leicht nach außen zu führende Energieform, die direkt mit einem elektrischen Netz oder Verbraucher verbunden ist und gleichzeitig zum Starten des Heißgasmotors verwendet wird.The electrical machine as an energy converter according to claim 17 provides a form of energy that can be easily led to the outside directly connected to an electrical network or consumer is and used at the same time to start the hot gas engine becomes.

Der Heißgasmotor nach Anspruch 18 ist eine komplette Hydropumpe.The hot gas engine according to claim 18 is a complete hydraulic pump.

Mittels Magneten, die auf dem mechanischen Bewegungswandler nach Anspruch 19 direkt befestigt sind, wird die Rotation des Bewegungswandlers durch die Realisierung eines Magnetkreises nach außen übertragen.Using magnets attached to the mechanical motion converter are attached directly according to claim 19, the rotation of the Movement converter through the implementation of a magnetic circuit transmitted to the outside.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the drawings are shown and are described in more detail below. Show it:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau des Heißgasmotors, Fig. 1 shows the basic construction of the hot gas engine,

Fig. 2 den durchgehenden Verdränger, Fig. 2 shows the continuous displacement,

Fig. 3 den aus Lamellen aufgebauten Verdränger, Figure 3 illustrates the built up from slats displacer.,

Fig. 4 eine aus zwei Verdrängern bestehende Baueinheit, Fig. 4 is an assembly consisting of two displacement members,

Fig. 5 eine aus zwei lamellenförmig aufgebauten Verdrängern bestehende Baueinheit, Fig. 5 a two-laminate constructed displacers assembly,

Fig. 6 den Aufbau des Gehäuses und des Verdrängers im Schnitt ohne Regeneratorteile, Fig. 6 shows the structure of the housing and the displacer in the section without Regeneratorteile,

Fig. 7 den Aufbau des Gehäuses und des Verdrängers im Schnitt mit Regneratorteilen, Fig. 7 shows the structure of the housing and the displacer in section with Regneratorteilen,

Fig. 8 die Darstellung des Arbeitskolbens, des aus Lamellen aufgebauten Verdrängers und des dazugehörigen Segments mit Rippen und Kühlvorrichtung, Fig. 8, the representation of the working piston, of the lamellae composed of the displacer and the associated segment with fins and cooling device,

Fig. 9 schematischer Aufbau eines Ausführungsbeispieles im Schnitt, Figure 9 shows a schematic construction. An embodiment in section,

Fig. 10 Bewegungswandler als Nutkurvenzylinder, Fig. 10 motion converter as Nutkurvenzylinder,

Fig. 11 Bewegungswandler als Wulstkurvenzylinder, Fig. 11 motion converter as Wulstkurvenzylinder,

Fig. 12 Bewegungswandler in Form eines offenen Kurven zylinders. Fig. 12 motion converter in the form of an open curve cylinder.

Ein erstes Ausführungsbeispiel wird nachfolgend an Hand der Fig. 1, 5, 7, 8, 9, 10 und 11 dargestellt.A first embodiment is shown below with reference to FIGS. 1, 5, 7, 8, 9, 10 and 11.

Das Gehäuse 1 des Heißgasmotors bildet einen abgeschlossenen Raum, der alle weiteren Teile wie Wärmetauscherteile 10, 12 und 13, Verdränger 5, Arbeitskolben 2, Kolbenstange 3, Bewe gungswandler 6 und Energiewandler 7 entsprechend der Fig. 1 und 9 enthält. Das eingesetzte Arbeitsgas steht bei Leistungs heißgasmotoren unter hohem Betriebsinnendruck. Die Höhe des Druckes beeinflußt die zu übertragende Leistung.The housing 1 of the hot gas engine forms a closed space that contains all other parts such as heat exchanger parts 10 , 12 and 13 , displacer 5 , working piston 2 , piston rod 3 , movement converter 6 and energy converter 7 according to FIGS . 1 and 9. The working gas used in high-performance hot gas engines is under high internal pressure. The amount of pressure affects the power to be transmitted.

Die mechanisch axiale Aufteilung des Gehäuses 1 besteht aus einem thermischen Teil, einem Bewegungswandler 6 und einem Energiewandler 7, wobei der Bewegungswandler 6 und der Energie wandler 7 auch vertauscht oder übereinander angeordnet werden können.The mechanical axial division of the housing 1 consists of a thermal part, a motion converter 6 and an energy converter 7 , wherein the motion converter 6 and the energy converter 7 can also be interchanged or arranged one above the other.

Der thermische Teil gliedert sich entsprechend Fig. 7 radial in Wärmezufuhr- 10, Regenerator- 13, Wärmeabfuhr- 12 und Iso latorteile 11 und axial in Stützelemente und Montage elemente. Alle Gehäuseteile sind miteinander luftdicht verschraubt oder verklebt. An den Stirnseiten des Gehäuses 1 sind Scheiben befestigt, so daß ein luftdicht abgeschlossenes Gehäuse 1 vor handen ist. Bestehen diese Scheiben aus einem thermisch gut leitenden Material, werden zwischen diesen und den Gehäuseteilen thermische Dichtungen plaziert.7 is divided radially into heat supply 10 , regenerator 13 , heat dissipation 12 and Iso latorteile 11 and axially in support elements and mounting elements according to FIG. 7. All parts of the housing are screwed or glued together airtight. At the end faces of the housing 1 discs are attached so that an airtight housing 1 is available. If these panes consist of a thermally highly conductive material, thermal seals are placed between them and the housing parts.

Das Wärmezufuhr- 10 und das Wärmeabfuhrteil 12 dienen je weils der Wärmeübertragung zwischen dem äußeren an den Heiß gasmotor angekoppelten Medium und dem inneren Arbeitsgas. Dabei besitzt das Wärmeabfuhrteil 12 Vorrichtungen für eine Zwangskühlung 14 in Form von Bohrungen, die ein in diesen strömendes Kühlmedium enthalten. Die Regeneratorteile 13 sind außen verkoppelt und die Isolatorteile 11 ergänzen mechanisch die innere Verrippung. Die radiale Anordnung der Wärmetauscher schafft stabile thermodynamische Verhältnisse des segmentförmigen Ausschnitts 8 und des Verdrängers 5. Die Regenerator-, die Isolator- und die Wärmetauscherteile sind thermisch von den Stütz- und Montageelementen des Gehäuses ge trennt.The heat supply 10 and the heat dissipation part 12 each serve the heat transfer between the outer medium coupled to the hot gas engine and the inner working gas. The heat dissipation part 12 has devices for forced cooling 14 in the form of bores which contain a cooling medium flowing therein. The regenerator parts 13 are coupled on the outside and the insulator parts 11 mechanically supplement the inner ribbing. The radial arrangement of the heat exchangers creates stable thermodynamic relationships between the segment-shaped section 8 and the displacer 5 . The regenerator, the insulator and the heat exchanger parts are thermally separated from the support and mounting elements of the housing.

Steuerbaustein des Heißgasmotors sind die Verdränger 5, die Hohlzylinder, die im Gehäuse 1 drehbar gelagert sind, darstellen. Diese sind identisch, um 180° verdreht fest miteinander verbunden und durch eine ther mische Dichtung 15 voneinander getrennt. Die periphere Geometrie jedes Verdrängers weist entsprechend Fig. 5 eine axial lamellierte Verrippung auf. Die Regenerator- 13, die Isolator- 11 und die Wärmetauscherteile 10, 12 des Gehäuses 1 sind entsprechend Fig. 8 mit Rippen 16 ausgestattet. Dabei greift die lamellierte Verrippung des Verdrängers 5 mit so einem Ab stand in diese Rippen 16, daß diese sich nicht berührt. Die lamellierte Verrippung ist pro Verdränger 5 radial immer an gleicher Stelle unterbrochen. Die Größe dieser Unterbrechung entspricht einem Viertel des Querschnittes des Teilkörpers. Der entstehende axiale und radiale segmentförmige Auschnitt 8 stellt den Raum dar, in dem das Arbeitsgas ruht. Durch Drehen des Ver drängers 5 wird das Arbeitsgas wechselweise an den verschieden temperierten Wärmetauscherteilen 10, 12 und 13 vorbeige führt und damit an- und abgekoppelt, ohne daß es die segmentförmigen Ausschnitte 8 verlassen muß - siehe Fig. 7 und 9. Die segmentförmigen Ausschnitte 8 der Verdränger 5 weisen jeweils eine Öffnung 9 zum Kolbenraum 4 hin auf. Die Breite dieser Öffnungen 9 wird durch die Breite des segmentförmigen Ausschnittes zum Kolben raum 4 hin und die Länge durch das Verhältnis Segmentraum segmentförmiger Ausschnitt 8 zu Kolbenraum 4 bestimmt, wobei in den jeweiligen Umkehrpunkten des Arbeitskolbens 2 diese Öffnungen 9 weder in Richtung zu den Verdrängerstirnflächen noch durch die Breite des Arbeits kolbens 2 verschlossen sind. Damit kann ein Überströmen des Arbeitsgases von einem Arbeitsraum zum anderen erfolgen, um den temperaturabhängigen Mitteldruckausgleich zu realisieren. Das Antriebselement im Heißgasmotor ist der zylindrische Arbeitskolben 2. Der hohlzylinderförmige Verdränger 5 stellt dessen Arbeitszylinder dar.Control module of the hot gas engine are the displacers 5 , which represent hollow cylinders which are rotatably mounted in the housing 1 . These are identical, twisted by 180 ° and firmly connected to one another by a thermal seal 15 . According to FIG. 5, the peripheral geometry of each displacer has an axially laminated ribbing. The regenerator 13 , the isolator 11 and the heat exchanger parts 10 , 12 of the housing 1 are equipped with ribs 16 according to FIG. 8. The laminated ribbing of the displacer 5 engages with such a stand in these ribs 16 that they do not touch. The laminated ribbing is always interrupted radially at the same point per displacer 5 . The size of this interruption corresponds to a quarter of the cross section of the partial body. The resulting axial and radial segment-shaped cutout 8 represents the space in which the working gas rests. By turning the United displacer 5 , the working gas is alternately past the different temperature-controlled heat exchanger parts 10 , 12 and 13 and thus coupled and uncoupled without having to leave the segment-shaped cutouts 8 - see FIGS. 7 and 9. The segment-shaped cutouts 8 the displacers 5 each have an opening 9 to the piston chamber 4 . The width of these openings 9 is determined by the width of the segment-shaped cut-out space to the piston 4 back and determines the length of segment-shaped by the ratio of segment space section 8 to the piston chamber 4, wherein 2, these openings even in the reversal points of the working piston 9 in either direction to the Verdrängerstirnflächen are closed by the width of the working piston 2 . This allows the working gas to flow from one working area to another in order to realize the temperature-dependent medium pressure compensation. The drive element in the hot gas engine is the cylindrical working piston 2 . The hollow cylindrical displacer 5 represents its working cylinder.

Der Arbeitskolben 2, die Kolbenstange 3 und der erste Teil des Bewegungswandlers 6, der mit einer räumlichen Kurve mit definierter Kurvenform in Gestalt einer Nut oder einer Wulst ausgestattet ist, sind fest miteinander verbunden und bewegen sich gleich zeitig translatorisch und rotatorisch gegenüber dem Gehäuse 1. Die Fig. 10 und 11 zeigen jeweils den ersten Teil des Bewegungswandlers 6. Der zweite Teil des Bewe gungswandlers 6 ist in Form eines Fingers bei Verwendung einer Nut als Kurvenelement oder einer Klaue bei Anwendung einer Wulst ausgeführt. The working piston 2 , the piston rod 3 and the first part of the movement transducer 6 , which is equipped with a spatial curve with a defined curve shape in the form of a groove or a bead, are firmly connected to one another and at the same time move translationally and rotationally with respect to the housing 1 . FIGS. 10 and 11 show, respectively, the first part of the motion converter 6. The second part of the movement transducer 6 is in the form of a finger when using a groove as a curve element or a claw when using a bead.

Durch das Zusammenwirken beider Bewegungswandlerteile erfolgt die Umwandlung der hin- und hergehenden translatori schen Bewegung der an dem Arbeitskolben 2 befestigten Kolben stange 3 in eine rotatorische Bewegung derselben. Die Kolben stange 3 besteht aus einem Vierkantmaterial und dient damit gleichzeitig als Übertragungselement der rotatorischen Bewe gung an den Verdränger 5 und an den Energiewandler 7. Die Lager der Kolbenstange 3, des Verdrängers 5 und des Energie wandlers 7 sind als Gleitlager ausgeführt.The interaction of the two movement transducer parts results in the conversion of the reciprocating translatory motion of the piston 3 attached to the working piston 2 into a rotational movement of the same. The piston rod 3 consists of a square material and thus serves at the same time as a transmission element of the rotational movement to the displacer 5 and to the energy converter 7 . The bearings of the piston rod 3 , the displacer 5 and the energy converter 7 are designed as plain bearings.

Ein zweites Ausführungsbeispiel wird nachfolgend an Hand der Fig. 1, 5, 6, 8 und 12 näher erläutert.A second exemplary embodiment is explained in more detail below with reference to FIGS. 1, 5, 6, 8 and 12.

Das Gehäuse 1 dieses Ausführungsbeispieles besteht aus einem Wärmezufuhr- 10, einem Wärmeabfuhrteil 12 und zwei diese beiden trennenden Isolatorteilen 11. Diese Gehäuseteile sind miteinander luftdicht verschraubt und verklebt. An den Stirn seiten des Gehäuses 1 sind Scheiben befestigt, so daß ein luftdicht abgeschlossenes Gehäuse 1 vorhanden ist. Bestehen diese Scheiben aus einem thermisch gut leitenden Material, werden zwischen diesen und den Gehäuseteilen thermische Dichtungen plaziert. In diesem abgeschlossenen Gehäuse 1 sind alle weite ren Teile wie Verdränger 5, Arbeitskolben 2, Kolbenstange 3, Bewegungswandler 6 und Energiewandler 7 entsprechend der Fig. 1 und 6 enthalten.The housing 1 of this embodiment consists of a heat supply 10 , a heat dissipation part 12 and two isolating parts 11 separating these two. These housing parts are screwed together and glued airtight. At the front sides of the housing 1 discs are attached so that an airtight housing 1 is present. If these panes consist of a thermally highly conductive material, thermal seals are placed between them and the housing parts. In this closed housing 1 all wide ren parts such as displacer 5 , working piston 2 , piston rod 3 , motion converter 6 and energy converter 7 are included according to FIGS. 1 and 6.

Die mechanisch axiale Aufteilung des Gehäuses 1 besteht aus einem thermischen Teil, einem Bewegungswandler 6 und einem Energiewandler 7, wobei der Bewegungswandler 6 und der Ener giewandler 7 auch vertauscht oder übereinander angeordnet werden können.The mechanical axial division of the housing 1 consists of a thermal part, a motion converter 6 and an energy converter 7 , wherein the motion converter 6 and the energy converter 7 can also be interchanged or arranged one above the other.

Der thermische Teil gliedert sich entsprechend Fig. 6 radial in Wärmezufuhr- 10, Wärmeabfuhr- 12 und Isolatorteile 11. Das Wärmezufuhr- 10 und das Wärmeabfuhrteil 12 dienen je weils der Wärmeübertragung zwischen dem äußeren an den Heiß gasmotor angekoppelten Medium und dem inneren Arbeitsgas.According to FIG. 6, the thermal part is divided radially into heat supply 10 , heat removal 12 and insulator parts 11 . The heat supply 10 and the heat dissipation part 12 each serve the heat transfer between the outer medium coupled to the hot gas engine and the inner working gas.

Dabei besitzt das Wärmeabfuhrteil 12 Vorrichtungen für eine Zwangskühlung 14. Diese bestehen aus Bohrungen, die axial in dieses Gehäuseteil eingebracht wurden. Zum einen strömt durch diese ein Kühlmittel oder zum anderen erfolgt eine Kühlung mittels Verdampfen und Kondensieren der Kühlflüssigkeit in einem nach außen abgeschlossenem Raum. Die radiale Anordnung der Wärmetauscherteile schafft stabile thermodynamische Ver hältnisse für den segmentförmigen Ausschnitt 8 und den Verdränger 5. Die Iso lator- 11 und die Wärmetauscherteile sind thermisch von den Stütz- und Montageelementen des Gehäuses 1 getrennt ange bracht.The heat dissipation part 12 has devices for forced cooling 14 . These consist of bores that have been made axially in this housing part. On the one hand, a coolant flows through this or, on the other hand, cooling takes place by means of evaporation and condensation of the coolant in a space closed to the outside. The radial arrangement of the heat exchanger parts creates stable thermodynamic conditions for the segment-shaped cutout 8 and the displacer 5 . The Iso 11 and the heat exchanger parts are thermally separated from the support and mounting elements of the housing 1 is introduced .

Steuerbaustein des Heißgasmotors ist wiederum der Verdränger 5, der den gleichen Aufbau, wie im ersten Ausführungsbeispiel aufgeführt, aufweist. Die Isolator- 11 und die Wärmetauscher teile des Gehäuses 1 sind entsprechend Fig. 8 ebenfalls mit Rippen 16 ausgestattet.Control module of the hot gas engine is again the displacer 5 , which has the same structure as that listed in the first exemplary embodiment. The insulator 11 and the heat exchanger parts of the housing 1 are also equipped with ribs 16 according to FIG. 8.

Durch Drehen des Verdrängers 5 wird das Arbeitsgas wechselweise an den verschieden temperierten Wärmetauscherteilen 10 und 12 vorbeigeführt und damit an- und abgekoppelt, ohne daß es die segmentförmigen Ausschnitte 8 verlassen muß - siehe Fig. 1 und 6. Das Antriebselement in diesem Ausführungsbeispiel ist wiederum der zylindrische Arbeitskolben 2. Der hohlzylinder förmige Verdränger 5 stellt dessen Arbeitszylinder dar.By turning the displacer 5 , the working gas is passed alternately past the differently tempered heat exchanger parts 10 and 12 and thus coupled and uncoupled without having to leave the segment-shaped cutouts 8 - see FIGS. 1 and 6. The drive element in this exemplary embodiment is again the one cylindrical working piston 2 . The hollow cylinder-shaped displacer 5 represents its working cylinder.

Der Arbeitskolben 2, die Kolbenstange 3 und der erste Teil des Bewegungswandlers 6 in Form eines geteilten Kurvenzylinders 19 entsprechend Fig. 12 sind miteinander fest und gleichzeitig im Verdränger 5 und im Gehäuse 1 frei beweglich angeordnet. Der Kurven zylinder 19 ist fest mit dem Energiewandler 7 in Form eines elektrischen Generators verbunden. Der zweite Teil des Bewegungswandlers 6 besteht aus zwei Fingern, die fest mit dem Gehäuse 1 verbunden sind und von denen je einer an einer der Kurven des ersten Teils des Bewegungswandlers 6 angreift.The working piston 2 , the piston rod 3 and the first part of the movement transducer 6 in the form of a divided cam cylinder 19 according to FIG. 12 are fixed to one another and at the same time freely movable in the displacer 5 and in the housing 1 . The curve cylinder 19 is firmly connected to the energy converter 7 in the form of an electrical generator. The second part of the motion converter 6 consists of two fingers which are firmly connected to the housing 1 and one of which engages one of the curves of the first part of the motion converter 6 .

Durch das Zusammenwirken beider Bewegungswandlerteile erfolgt die Umwandlung der hin- und hergehenden translatorischen Bewe gung der an dem Arbeitskolben 2 befestigten Kolbenstange 3 in eine rotatorische Bewegung des Generators.By the interaction of both parts motion converter converting the reciprocating translatory BEWE carried account the fixed to the working piston 2 the piston rod 3 in a rotational movement of the generator.

Alle Lager für die Kolbenstange 3, den Verdränger 5 und den Energiewandler 7 sind als Gleitlager ausgeführt.All bearings for the piston rod 3 , the displacer 5 and the energy converter 7 are designed as plain bearings.

Dieses Ausführungsbeispiel eignet sich durch den sehr einfachen Aufbau besonders für eine Solaranwendung.This embodiment is suitable due to the very simple Setup especially for a solar application.

Weitere Ausführungsbeispiele ergeben sich durch den Einsatz nur eines Verdrängers 5 - Fig. 3, oder durch Wegfall der Lamellierung des Verdrängers 5 - Fig. 2 und 4. Mit dem Einsatz nur eines Verdrängers 5 ergibt sich allerdings automatisch ein einfach wirkender Heißgas motor. Further embodiments result from the use of only one displacer 5 - Fig. 3, or by eliminating the lamination of the displacer 5 - Fig. 2 and 4. With the use of only one displacer 5 , however, a single-acting hot gas motor automatically results.

Anstelle einer elektrischen Maschine als Energiewandler 7 wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine Hydropumpe einge setzt. Dabei weist das Gehäuse 1 entsprechende Öffnungen mit Anschlußstutzen auf, so daß weiterführende Rohrleitungen an diese angeschlossen werden können.Instead of an electrical machine as an energy converter 7 , a hydraulic pump is used in a further exemplary embodiment. The housing 1 has corresponding openings with connecting pieces so that further pipelines can be connected to them.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden anstelle des Energiewandlers 7 Magnete fest auf dem mechanischen Bewe gungswandler 6 angebracht. Durch eine Anordnung von Magneten außerhalb des Gebäudes 1 erfolgt damit eine magnetische Kopp lung. Befinden sich die außerhalb angebrachten Magnete auf einer drehbar gelagerten Welle, wird die Drehbewegung des Heißgasmotors auf diese übertragen. Es wird damit eine Ent kopplung zwischen dem Heißgasmotor auf der einen Seite und der außerhalb gelagerten Welle auf der anderen Seite erreicht.In a further embodiment, 7 magnets are firmly attached to the mechanical movement transducer 6 instead of the energy converter. An arrangement of magnets outside the building 1 thus creates a magnetic coupling. If the magnets attached outside are on a rotatably mounted shaft, the rotary motion of the hot gas engine is transferred to it. It is thus a decoupling between the hot gas engine on one side and the shaft mounted outside on the other side.

Alle Teile des Heißgasmotors sind als Baukastensystem reali sierbar, so daß auch Kombinationen der einzelnen Lösungen der aufgeführten Ausführungsbeispiele untereinander aufgebaut werden können.All parts of the hot gas engine are real as a modular system sable, so that combinations of the individual solutions The exemplary embodiments listed are constructed one below the other can.

BezugszeichenlisteReference list

1 Gehäuse
2 Arbeitskolben
3 Kolbenstange
4 abgeschlossener Kolbenraum
5 Verdränger
6 Bewegungswandler
7 Energiewandler oder Teil eines Energieübertragers
8 segmentförmiger Ausschnitt
9 Öffnung zwischen dem segmentförmigen Ausschnitt und dem Kolbenraum
10 Wärmezufuhrsegment
11 Isolatorsegment
12 Wärmeabfuhrsegment
13 Regeneratorsegment
14 Vorrichtungen für Zwangskühlung
15 thermische Dichtung
16 Rippen
17 Nutkurvenzylinder
18 Wulstkurvenzylinder
19 offener Kurvenzylinder 1 housing
2 working pistons
3 piston rod
4 closed piston chamber
5 displacers
6 motion converters
7 Energy converter or part of an energy transmitter
8 segment cutout
9 Opening between the segment-shaped cutout and the piston chamber
10 heat supply segment
11 isolator segment
12 heat dissipation segment
13 regenerator segment
14 devices for forced cooling
15 thermal seal
16 ribs
17 groove cam cylinders
18 bead cam cylinders
19 open cam cylinders

Claims

1. Hot gas engine, in which in a closed, internally tubular and consisting of at least four parts, a cylindrical working piston, which has a piston rod, is located in a piston chamber, one to the piston rod for converting the reciprocating movement of the working piston in a rotary motion directly coupled mechanical movement transducer is provided, at least one rotating displacer, which is guided in a displacement space and has a segment-shaped cutout, and at least one opening is provided between the displacement space and the piston space, characterized in that

- The at least one displacer ( 5 ) has the shape of a hollow cylinder,
- The cylindrical working piston ( 2 ) in the piston chamber ( 4 ) coaxially to the axis of symmetry of the at least one displacer is freely movable,
- A with the motion converter ( 6 ) firmly connected energy converter ( 7 ) or part of an energy transmitter is provided.

2. Hot gas engine according to claim 1, characterized in that the housing ( 1 ) in the radial circumferential direction of the displacer in the sequence from a heat supply ( 10 ), a first insulator ( 11 ), a heat dissipation ( 12 ) and a second insulator part ( 11 ) is constructed.

3. Hot gas engine according to claim 1, characterized in that the housing ( 1 ) in the circumferential direction of the displacer in the sequence from a heat supply ( 10 ), a first insulator ( 11 ), a first regenerator ( 13 ), a heat dissipation ( 12 ), a second isolator ( 11 ) and a second regenerator part ( 13 ) is constructed.

4. Hot gas engine according to claim 2 or 3, characterized in that a heating device is arranged inside or outside of the heat supply guide part ( 10 ).

5. Hot gas engine according to claim 2, characterized in that a cooling device is arranged inside or outside the heat dissipation part ( 12 ).

6. Hot gas engine according to claim 3, characterized in that at least one cooling device is arranged inside or outside the heat dissipation part ( 12 ) and the regenerator parts ( 13 ).

7. Hot gas engine according to claim 3, characterized in that the regenerator parts ( 13 ) are thermally coupled to one another.

8. Hot gas engine according to one of the preceding claims, characterized in that the displacer ( 5 ) has a segment-shaped cutout over its entire length.

9. Hot gas engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the displacer ( 5 ) is constructed in the direction of the axis of symmetry from lamellae and has a segment-shaped cutout over the entire length.

10. Hot gas engine according to claim 8 or 9, characterized in that two identical displacers are provided, which are separated by a thermal device ( 15 ), the segment-shaped cutouts of the displacers being arranged at an angle greater than 150 ° and less than 210 ° to one another are.

11. Hot gas engine according to claim 10, characterized in that the width of the respective opening ( 9 ) between the respective displacement chamber and the piston chamber ( 4 ) is greater than the width of the working piston ( 2 ) and in the reversal points of the working piston ( 2 ) a connection between the two by the piston chamber ( 4 ) and by the working piston ( 2 ) limited work spaces over the respective segment-shaped cutout ( 8 ).

12. Hot gas engine according to claim 9, characterized in that the housing parts are equipped with ribs ( 16 ) and that the lamellae of the displacer ( 5 ) and these ribs ( 16 ) engage in one another at a distance so that they do not touch.

13. Hot gas engine according to one of the preceding claims, characterized in that the segment-shaped section of the displacer ( 5 ) is at most a quarter of the displacer cross-section.

14. Hot gas engine according to one of the preceding claims, characterized in that the movement converter ( 6 ) represents a groove cam cylinder ( 17 ).

15. Hot gas engine according to one of claims 1 to 13, characterized in that the motion converter ( 6 ) represents a bead cam cylinder ( 18 ).

16. Hot gas engine according to one of claims 1 to 13, characterized in that the motion converter ( 6 ) is an open cam cylinder ( 19 ).

17. Hot gas engine according to one of the preceding claims, characterized in that the energy converter ( 7 ) is an electrical machine and the electrical lines are isolated from the housing ( 1 ) to the outside.

18. Hot gas engine according to one of claims 1 to 16, characterized in that the energy converter ( 7 ) is a hydraulic pump and openings are provided with connecting pieces in and on the housing ( 1 ) of the hot gas engine.

19. Hot gas engine according to one of claims 1 to 16, characterized in that the part of the energy exchanger ( 7 ) consists of magnets fixedly attached to the mechanical movement transducer ( 6 ).