DE2807004A1

DE2807004A1 - Heissgaskolbenmaschine

Info

Publication number: DE2807004A1
Application number: DE19782807004
Authority: DE
Inventors: Jan Mulder
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-03-02
Filing date: 1978-02-18
Publication date: 1978-09-07
Also published as: AU3362478A; AT351872B; ATA139578A; FR2382592A1; JPS53109243A; GB1600812A; SE437406B; US4188791A; JPS5852151B2; IT7820644A0; DK88578A; DE2807004C2; SE7802198L; BE864410A; IT1093122B; NL7702207A; FR2382592B1

Description

PIIN. 8698.

WXJ/EVH.

- > - 8.8.1977.

"Heiεsgaskolbenmaschine"

Die Erfindung bezieht, sich auf eine Heissgaslcolben~ maschine mit mindestens einem Arbeitsraum, in dem ein Arbeitsmedium einen thermodynamischen Kreislauf macht, welcher Arbeitsraum einen Kompressionsraum und einen Expansionsraum mit im Betrieb untereinander verschiedenen mittleren Temperaturen hat, die über Värmeaustauscher, unter denen ein Regenerator, miteinander verbunden sind, wobei mindestens ein in einem Zylinder hin- und herbeweglicher

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freier Kolben vorhanden ist, der mit der einen Oberfläche das Volumen des Arbeitsraumes ändert und mit "der anderen Oberfläche einen Teil der Begrenzung eines Pufferraumes bildet, in dem sich ebenfalls Arbeitsmedium unter einem im Betrieb wenigstens nahezu konstanten Druck befindet, der dem mittleren Arbeitsdruck im Arbeitsraum entspricht, wobei ein Regelmechanismus zum Beibehalten einer gewissen mittleren Stellung des freien Kolbens durch das augenblickliche Freigeben einer Verbindung zwischen dem Pufferraum und einem Raum veränderlichen Druckes vorhanden ist, welcher Regelmechanismus zwei Elemente enthält, die ale Hilfszylinder und als darin beweglicher Hilfskolben zum Aendern des Volumens des Hilfszylinderraumes ausgebildet sind, von welchen Elementen das eine mit dem freien Kolben verbunden und das andere ortsfest abgeordnet ist, wobei der Hilfskolben mit mindestens einem Kanal versehen ist* dessen eines Ende in die mit der Hilfszylinderwand eueammenarbeitende Hilfskolbenwand mündet Und dort in einer bestimmten Stellung des Hilfskolben» «it mindetetis feinem mit dem Pufferraum verbundenen Kanal in der RilFeeylinder» wand übereinstimmt. Im Rahmen der Erfindung werdeil unter Heissgasko^benmaschinen Gaskältemas chin en, Heissgastnotoren und Wärmepumpen verstanden.

Eine Heissgaskolbenmaschiiie der obengenannten Art

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iat in der DE-OS 26 53 455 der Anmelderin (Fig. 4 und·5) bereits vorgeschlagen worden.

Bei der vorgeschlagenen Heissgaslcolbenmaschine mündet der Kanal im Hilfskolben mit dem vom Pufferraum .3 abgewandten Ende in den Arbeitsraum der Maschine, so dass

eine bestimmte mittlere Stellung des freien Kolbens dadurch beibehalten wird, dass augenblicklich eine offene Verbindung • zwischen dem Pufferraum und dem Arbeitsraum vorhanden ist.

Abhängig von der Lage strömt dann Arbeitsmedium vom Pufferraum zum Arbeitsraum oder umgekehrt.

Ein Nachteil dieser Konstruktion ist, dass der im Arbeitsraum durchgeführte thermodynamisehe Kreislauf beeinträchtigt wird. Das Maximum-Minimum-Druckverhältnis des sich-am Kreislauf beteiligenden Arbeitsmediums wird beeinträchtigt, während zugleich Phasenverschiebung auftritt, d,h. der Phasenuntex-schied zwischen der Druck- und A^olumen-änderung des Arbeitsmediums im Arbeitsraum ändert. Dies führt zur Wirkungsgradverringerung der Maschine.

Die Erfindung bezweckt nun, eine verbesserte Heissgaskolbenmaschine der obengenannten Art zu schaffen, wobei die Regelung der mittleren Stellung des freien Kolbens derart aulsgebildet ist, dass der thermodyn amis ehe Kreislauf keine negativen Einflüsse erfährt.

Dazu weist die erfindungsgemässe Heissgaskolbenmaschine das Kennzeichen auf, dass der Kanal im Hilfskolben

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mit dem anderen Ende in den Hilfszylinderraum mündet.

Eine günstige Ausführungsform der· erfindungsgemässen Heissgaskolbenmascliine weist das Kennzeichen auf, dass das ortsfest angeordnete Element gegenüber dem Zylinder in der Richtung der Zylinderachse verstellbar ist.

Auf diese Weise ist die mittlere Stellung des freien Kolbens einstellbar.

Eine weitere günstige Ausführungsform der erfindungsgemässen Heissgaskolbenmaschine weist das Kennzeichen auf, dass das mit dem freien Kolben verbundene Element in axialer Richtung gegenüber dem freien Kolben verstellbar angeordnet ist.

Auf diese Weise ist die mittlere Stellung des freien Kolbens ebenfalls einstellbar.

Vorzugsweise sind die beiden Elemente aus räumlichen Erwägungen im Pufferraum untergebracht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Gaskältemaschine, wobei der Regelmechanismus zum Beibehalten einer bestimmten mittleren Stellung des freien Kolbens einen im Pufferraum fest angeordneten Hilfskolben enthält, der in einem mit dem freien Kolben verbundenen Hilfszylinder hin- und herbeweglich ist.

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Fig. 2 eine graphische Darstellung des Druckes (p) als Funktion der Zeit (t) für das sich am Kreislauf im Arbeitsraum der Heissgaskolbenmaschxne nach Fig. 1 beteiligende Arbeitsmedium (P₁),für das Arbeitsmedium im Pufferraum (P„) ^un4- -^^ur °^^as Arbeitsmedium im Hilfszylinderraum (P„) der genannten Maschine,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Heissgasmotor zum Erzeugen elektrischer Energie (Generator), wobei der Hilfskolben mit dem freien Kolben verbunden und in einem mit dem Pufferraum verbundenen Hilfszylinder beweglich ist,

Fig. h einen Längsschnitt durch eine Gaskältemaschine mit einem im Pufferraum ortsfest angeordneten Hilfßzylinder und einem mit dem freien Kolben axial verstellbar gekuppelten Hilfskolben,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Gaskälte

maschine mit einem am freien Kolben befestigten Hilfekolben und einem im Pufferraum axial verstellbar angeordneten Hllfeeyltnder,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine Gaskältemaschine, wobei der Expansionskolben einen freien Kolben bildet, der mit einem Hilfskolben versehen ist, der im Hilfszylinder hin- und herbeweglich ist,

Fig. 7 eine etwas geänderte Ausführungsform des Heissgasmotors nach Fig. 3»
Fig. 8 eine graphische Darstellung des Druckes (p)

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als Funktion der Zeit (t) Tür das sich am Kreislauf im Arbeitsmedium des Heissgasmotors nach Fig. 7 beteiligende Arbeitsmedium (P₁), für das Arbeitsmedium im Pufferraum (Pp^ und für das Arbeitsmedium im Hilfszylinderraum (P„) wobei Po und P₁ gleichphasig sind.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeiehen 1 ein Zylinder bezeichnet, in dem ein freier Kolben 2 und ein freier Verdränger 3 mit einem gegenseitigen Phasenunterschied hin- und herbeweglich sind. Zwischen der Arbeitsoberfläche 2a des Kolbens 2 und der Arbeitsoberfläche 3a des Verdrängers befindet sich ein Kompressionsraum h mit einem darin angeordneten Kühler 5- Der Verdränger 3 begrenzt mit der oberen Arbeitsoberfläche 3b einen Expansionsraum 6, der mit.dem Kompressionsraum 4 den Arbeitsraum bildet. Im Verdränger ist ein Regenerator 7 angeordnet, der auf der Unterseite über Bohrungen 8 und auf der Oberseite über Bohrungen für Arbeitsmedium zugänglich ist. Die Maschine ist mit einem Gefrierer 10 als Wärmeaustauscher zwischen expandiertem kaltem Arbeitsmedium und einem zu kühlenden Gegenstand versehen.

Wenn im Betrieb der Kolben 2 und der Verdränger sich mit einem Phasenunterschied bewegen, wird ein Arbeitsmedium (beispielsweise Helium oder Wasserstoff) im Arbeitsraum .der Maschine abwechselnd verdichtet und expandiert, wobei infolge der Expansion Kälte erzeugt' wird.

Die Verdichtung des Arbeitsniediums erfolgt, wenn dieses

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Medium sich im wesentlichen im Kompressionsraum k befindet. Das Arbeitsmedium strömt nacheinander über den Kühler 5 unter Abgabe von Kompressionswärme, Bohrungen 8, Regenerator unter Abgabe von Wärme und Bohrungen 9 zum Expansionsraum Expansion des Arbeitsmediums erfolgt, wenn dieses Medium sich im wesentlichen im Expansionsraum 6 befindet. Das Arbeitsmeditim strömt dann wieder über die bezeichnete Strecke in umgekehrter Reihenfolge zurück, nachdem im Gefrierer Wärme aus dem nicht dargestellten zu kühlenden Gegenstand aufgenommen worden ist, während im Regenerator 7 die früher gespeicherte Wärme wieder aufgenommen wird.

Der freie Kolben 2 begrenzt mit der Unterseite 2b einen Pufferraum 11-_, in dem sich ebenfalls Arbeitsmedium unter einem im Betrieb nahezu konstanten Druck befindet, der dem mittleren Arbeitsmediumdruck im Arbeitsraum entspricht. Die Kolbenunterseite 2b enthält eine Leichtgewichtbüchse 12 aus nicht magnetischem und nicht magnetisierbarem Material, wie Hartpapier oder Aluminium. Um die Büchse ist ein elektrischer Stromleiter zu einer Ankerspule 13 gewickelt, an welche Spule Stromzuführungsdrähte 14 und angeschlossen sind, die durch die Wand eines mit dem Zylinder 1 gasdicht verbundenen Gehäuses hinausgeführt

und dort mit elektrischen Kontakten 17 bzw. 18 versehen sind. Die Ankerspule 13 ist in axialer Richtung des Kolbens hin- und herbeweglich in einem ringförmigen Spalt 19»

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in dem ein Dauermagnetfeld herrscht, dessen Kraftlinien sich in radialer Richtung erstrecken und zwar quer zur Bewegungsrichtung der Ankerspule.

Das Dauermagnetfeld ist im betreffenden Fall mit Hilfe eines ringförmigen Dauermagneten 20 mit auf der Ober- und Unterseite ^befindlichen Polen, einer Welcheisenringscheibe 21, eines massiven Weicheisenzylinders und einer kreisförmigen Weicheisenscheibe 23 erhalten worden.

Der Dauermagnet und die Weiche!senelemente bilden zusammen einen geschlossenen Magnetkreis, d.li. einen Kreis geschlossener magnetischer Kraftlinien. Im Betrieb sind die Kontakte 17 und 18 an eine elektrische Wechselstromquelle (beispielsweise an das elektrische Versorgungsnetz) mit einer Frequenz f (beispielsweise 50 Hz) angeschlossen. Auf die Wechselstrom führende Ankerspule '13 werden nun unter dem Einfluss des Dauermagnetfeldes im Spalt 19 wechselweise aufwärts und abwärts gerichtete Lorentzkräfte ausgeübt, wodurch das Gefüge aus Kolben 2, Büchse 12 und Ankerspule 13 ins Schwingen gerät. Dies erfolgt derart, dass die Resonanzfrequenz des Systems, das aus dein beilegenden Gefüge und dem Arbeitsmedium im Raum besteht, wenigstens der Wechselstromfrequenz f (eine Abweichung von 1O$ ist noch akzeptierbar) nahezu

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entspricht. Dabei ist das Arbeitsmedium im Arbeitsraum als Federsystem, «irksani. Dem Scliwingungssystem aus Kolben/ Anlcerspulengefüge und Arbeitsmedium braucht der Wechselstrom über die Ankerspule 13 nur soviel Energie zuzuführen, wie es zum Ausgleichen der vom Arbeitsmedium geleisteten

Arbeit sowie der Reibungsverluste notwendig ist. Der Verdränger 3 hat örtlich, einen kleineren Durchmesser, wodurch ein ringförmiger Zwischenraum Zk zwischen dem Zylinder 1 und dem Verdränger 3 gebildet ist. Die Wand des Zylinders 1 ist mit einem Vorsprung 25 versehen. Ein Federelement 26 ist einerseits am Vorsprung 25 und andererseits an der Ringfläche 27 des Verdrängers 3 befestigt.

Das Federelement 26 begrenzt den Hub des Verdrängers 3 und bildet zusammen damit ein Masse/Federsystem, wodurch der Verdränger ebenso wie der Kolben eine rein harmonische Bewegung mit derselben Frequenz macht wie der Kolben aber gegenüber demselben mit einem PhasenunterschiQd. Die Federkonstante des Federelementes 26 und die Masse des Verdrängers 3 sind derart gewählt worden, dass die Frequenz f₁, b%i der dieses System resonieren kann, höher liegt als die Resonanzfrequenz f des Systems aus Kolben/Ankerspulengefüge und Arbeitsmedium. Im Betrieb mit gleichen Schwingungsfrequenzen des Kolbens 2 und der Verdrängers 3 eilt die Volumenänderung des Expansionsraums 6 dann ■ gegenüber der in diesem Raum auftretenden Druckänderung vor

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mit der Folge, dass im Expansionsraum 6 Kälte erzeugt wird.

Im Pufferraum 11 ist ein Hilfskolben 28, der

über eine Stange 29 an dem Weiclieisenzylinder 22 befestigt ist, ortsfest angeordnet. Der Hilfskolben 28 ist in einem mit dem freien Kolben 2 verbundenen Hilfszylinder 30 beweglich, und kann dabei das Volumen des Raumes 31 ändern.

Im Hilfskolben 28 ist ein Kanalsystem 32 vorgesehen, das einerseits mit dem Raum 31 verbunden ist und andererseits an verschiedenen Stellen in die mit der Hilfszylinderwand zusammenarbeitenden Hilfskolbenwand mündet (32a) und dort mit Oeffnungen 33 in der Wand des Hilfszylinders 30 zusammenarbeitet. Die Oeffnungen 33 stehen mit dem Pufferraum 11 in offener Verbindung. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist während des Zeitintervalls A der Kreislaufdruck P₁ im Arbeltsraum k, 6 aus Fig. 1 grosser als der Druck Pp im Pufferraum 11. Durch. Undichtigkeit durch den Spalt 3** zwischen der" Wand des Kolbens 2 und dem Zylinder 1 strömt dann Arbeitsmedium vom Arbeitsraum h, zum Pufferraum 11. Im Zeitintervall B (Fig. 2) ist der Druck dagegen im Pufferraum 11 grosser als im Arbeitsraum k, 6, so dass dann Medium aus dem Puf'ferraum 11 durch den Spalt "}h zum Arbeitsraum h, 6 strömt, Der Druck des im Intervall A aus dem Arbeitsraum strömenden Mediums ist jedoch höher als der Druck des im Intervall B aus dem Pufferraum strömenden Mediums. Dies bedeutet zwar

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dass die Mediumvolumenströme aus und zum Arbeitsraum gleich sind aber nicht die Massenströme. Der Mediummassenstrom '·· zum Pufferraum 11 ist grosser als der zum Arbeitsraum 4,6.

Das Resultat wäre, dass der Kolben 2 allmählich, eine höhere mittlere Lage einnimmt, d.h., die mittlere Lage des Kolbens würde sich in Richtung des EompressioBsraums 4 verschieben.

Letzteres wird nun durch die Wirkung des durch den Hilfskolben 28 und den Hilfszylinder 30 gebildeten Regelmechanismus vermieden.

Bewegt sich der Kolben hin und her und zwar in der gewünschten mittleren Nennstellung, so passieren die Oeffnungen 33 die Kanäle 32a zu den Zeitpunkten t.., t„ und t„ (Flg. 2), wo die Drücke in dem Arbeitsraum, dem Pufferraum und dem Hilfszylinderraum gleich sind. Es strömt dann kein Arbeitsmedium durch die Oeffnungen 33 und das Kanalsystem 32.

Schiebt die mittlere Stellung des Kolbens 2 nach oben und zwar wegen eines grösseren Mediummassenstromes vom Kompressionsraum 4 durch den Spalt 34 zum Pufferraum 11 als der Mediummassenstrom in umgekehrte Richtung, so passieren bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 2 die Oeffnungen '33 die Kanäle 32a zu einem Zeitpunkt, beispielsweise tjL, der später liegt als t^, während bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 die Oeffnungen 33 die Kanäle 32a zu dem Zeitpunkt t_ passieren", der früher liegt

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als der Zeitpunkt t„. Das Resultat ist, dass zu den Zeitpunkten tr ι und t,., wo der Druck P„ im Hilfszylinderraum grosser ist als der Druck P„ im Pufferraum 11, Arbeitsmedium aus dem Hilfszylindcrrautn 31 über das Kanalsystem JZ und die Oeffnungen 33 zum Pufferraum 11 strömt. Der Druckpegel im Hilfszylinderraum 31 sinkt also mit der Folge einer zusätzlichen zurücktreibenden abwärts gerichteten Kraft auf den Kolben 2, wodurch die ursprüngliche mittlere Lage wiederhergestellt wird.

Sollte die mittlere Lage des Kolbens 2 sich, beispielsweise unter dem Einfluss des Eigengewichtes abwar tsbeivegen, also in der Richtung des Weicheisenzylinders 22, so passieren bei Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 die Oeffnungen 33 die Kanäle 32a zu einem gegenüber t.. (Fig. 2) späteren Zeitpunkt, beispielsweise' t^, und bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 2 zu einem gegenüber t„ früheren Zeltpunkt t„. Zu den Zeitpunkten t^ und't-, wo der Druck P„ im Pufferraum 1 I grosser ist als der Druck P„ im Hilfszylinderraum 31» strömt dann aus dem Pufferraum 1 1 über die -Oeffnungen 33 und das Kanalsysteni Arbeitsmedium zum Ililfszylinderraum 3 1. Der mittlere Druck .im Hilfszylinderraum 31 steigt dann mit der Folge, deiss sich die mittlere Kolbenlage nach oben in die ursprüngliche mittlere Lage verschiebt. " - * ■

Beim Heissgasmotor nach Fig. 3 sind Teile, die

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denen aus der Gaskältemaschine nach Fig. 1 entsprechen, mit denselben Bezugsz&ichen angegeben.

Der Kompressionsraum 4 steht dabei über den Kühler 5» den in einem Zylinder ortsfest angeordneten Regenerator 7 und einen Erhitzer 41 mit dein Expansionsraum 6 in Verbindung. Der Erhitzer 4o enthält eine Anzahl Rohre 42, die sich einerseits an den Regenerator 7 und andererseits an einen Ringkanal 43 anschliessen, sowie eine Anzahl Rohre hh, die sich einerseits an den Ringkanal 43 und andererseits an den Expansionsraum 6 anschliessen.

Dem im Betrieb durch die Erhitzerrohre 42, 44 strömenden Arbeitsmedium wird Wärme zugeführt, die von einer Brennervorrichtung 45 herrührt. Die Brennervorricbtung umfasst einen Brenner 46 mit Kraftstoff zufuhr 47 urjd Luft- .

zufuhr 48. Nach Abgabe von Wärme an den in einem Gehäuse 49 angeordneten Erhitzer 4i verlassen die Verbrennungsgase das Gehäuse 49 über den Auspuff 50.

Der Verdränger 3 ist über eine Verdrängerstange 52 mit einem nicht dargestellten Getriebe verbunden. Im Betrieb des Heissgasmotors, wobei der Verdränger 3 und der Kolben 2 sich phasenverschoben bewegen, wird die dem Erhitzer 41 zugeführte Wärmeenergie dazu benutzt, den Kolben 2 anzutreiben, wodurch in der Ankerspule 13 elektrische Energie erzeugt wird. Dadurch, dass der Verdränger· 3 mit einem elektrodynamischen Antrieb versehen wird, kann

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nach Anlaufen des Heissgasrnotorg: ein Teil der· in der Ankerspiale 13 erzeugten elektrischen Energie als Speisung für die mit der Verdrängerstange 3 verbundene Ankerspule verwendet werden.
Ueber eine Stange 52 ist ein Hilfskolben 53, der in einem Hilfszylinder 5^ hin- und hex*beweglich ist, mit dem freien Kolben 2 verbunden. Der Hilfskolben 53 ändert das Volumen des Hilfszylinderraumes 55. Im Hilfskolben 53 ist ein Kanal 56 vorgesehen, der mit einem Ende in den Hilfszylinderraum 55 mündet und mit dem anderen Ende mit einer Oeffnung 57 in der Wand des Hilfszjdinders 5^ zusammenarbeitet, welche Oeffnung 57 über eine Leitung mit dem Pufferraum 11 in offener Verbindung steht.

Die Regelung der mittleren Lage des Kolbens 2 entspricht der aus Pig. 2, so dass sich eine: weitere. Beschreibung erübrigt.

Für die in Fig. h dargestellte Gaskältemaschine sind für Einzelteile, die denen der Maschine nach Fig. T-entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet worden.

Im betreffenden Fall ist eine mit Gewinde 60 versehene Bohrung 61 im Kolben 2 vorgesehen, in der eine Stange 62 gasdicht eingeschraubt ist, welche Stange einen Hilfskolben 63 trägt, der in einem Hilf szylinder 6k hin- und herbeweglich ist, welcher Zylinder mit Oeffnungen 65 versehen ist. In dex" dargestellten Lage ist der Pufferraum

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über die Oeffnungen 65 und ein Kanalsystem 66 im Hilfskolben 63 mit dem Hilfszylinderraum 67 in offener Verbindung. Die Wirkungsweise des Mechanismus zur Regelung der mittleren Lage entspricht der obensteilend bei Fig. 1 beschriebenen Virkimgsweise.

Dadurch, dass die Stange 62 mehr oder weniger in die Bohrung 61 eingeschraubt wird, kann die gewünschte mittlere Stellung des Kolbens 2 eingestellt werden.

Bei der Gaskältemaschine nach Fig. 5 sind für Einzelteile, die denen aus Fig. 4 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen angegeben.

Die Stange 6Z ist nun mit dem Kolben 2 fest verbunden, während der Hilfszylinder 64 mittels einer Einstellschraube 70 in einer Büchse 71 in axialer Richtung einstellbar ist. Auf diese Weise lässt sich auch hier die mittlere Stellung des Kolbens 2 einstellen, wobei - zugleich der Vorteil erhalten worden ist, dass die Einstelllung im Betrieb von aussen her erfolgen kann.

In Fig. 6 ist eine Gaskältemaschine mit einem Zylinder SO dargestellt, in dem ein Kompressionskolben vorhanden ist, der über eine Kolbenstange 82 mit einem Getriebe 83 im Getrieberauni 83 a verbunden ist. Der Kompressionskolben 81 ändert bei Bewegung das Volumen des Kompressionsraums 84. Der Kompressionsraum 84 ist über den Kühler 85, den Regenerator 86 und den Gefrierer 87

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mit einem Expansionsraum 88 verbunden. Der Exp an si ons raum wird durch einen Expansionskolben 89 begrenzt, der mit dem anderen Ende einen Pufferraum 90 begrenzt, in dem sicli Arbeitsmedium unter einem Druck befindet, der dem mittleren Arbeitsmediumdruck im Exp an si ons raum 88 entspricht, Der Expansionskolben 89 ist mit einer Kolbenstange 9' verbunden, die einen Hilfskolben 9~ trägt, der bei Bewegung das Volumen des Raumes 93 innerhalb eines Hilfszylinders $h ändert.

Im Hilfskolben 92 ist ein Kanal 95 vorgesehen iind im PIiIfszyliiider 9*4 eine Oeffrmng 96.

In der dargestellten Situation ist der Pufferraum 90 über die Oeffnimg 96 und den Kanal 95 mit dem Hilfszylinderraum 93 in offener Verbindung. Die Wirkungsweise des durch den Hilfskolben 9² und den Hilf szyliiider 9^ gebildeten Iiegelmechanisinus für die mittlere Stellung des Kolbens 89 entspricht der in Fig. 1 beschriebenen Wirkungsweise.

Selbstverständlich kann auch der Kompressionskolben 81 als freier Kolben ausgebildet und mit einer Regelung für die mittlere Stellung versehen sein, wie beispielsweise nach Fig. 1, Der Kurbelwellenraum 83a kann gewünschtenfalls mit dem Pufferraum 90 ein Ganzes bilden.

Bei dem Heissgasinotoz* nach Fig. 7 sind für die

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Einzelteile die Bezugszeichen aus "Fig. 3 verwendet worden. Der betreffende Heissgasmotor weicht nur darin von dem nach. Fig. 3 ab, dass der Hilfskolben 53 nun mit der Oberseite das Volumen des Hilfszylinderraumes 55 ändert. Das bedeutet, dass die Druckänderung P„ im Hilfszylinderraum 55 nun mit der Druckänderung P₁ im Kompressionsrautn h gleichphasig ist, was in Fig. 8 dargestellt ist.

Schiebt die mittlere Stellung des Kolbens 2 wieder nach oben, so passiert bei Abwärtsbewegung des Kolbens 2, der Kanal 56 die Oeffnung 57 zu dem Zeitpunkt ΐ der später liegt als t~, während bei der .Aiiifwärtsbewegxing des Kolbens 2 der Kanal 56 die Oeffnung 57 zu dem Zeitpunkt t,. passiert, der früher liegt als der Zeitpunkt t„. Das Resultat ist, dass zu den Zeitpunkten t. und t-, wo der Druck P^ im Pufferraum 11 grosser ist als der Druck P„· im Hilfszylinderraura 55» Arbeitsmedium aus dem Pufferraum 11 über die Leitung 58, die Oeffnung 57 und den Kanal 56 zum Hilfszylinderraum 55 s;trömt, so dass der Druckpegel im letztgenannten Raum steigt» Der Kolben· 2 wird auf diese Weise wieder in die ursprüngliche mittlere Stellung zurückgetrieben.

Schiebt die mittlere Stellung des Kolbens 2 nach unten, so £>assiert bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 der Kanal 56 die Oeffnung 57 zu einem gegenüber

t.. (Fig. 8) späteren Zeitpunkt ts und bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 2 zu einem gegenüber t~ früheren 09836/0593

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Zeitpunkt t_>7· Zu den Zeitpunkten t,- und t„ ist der Druck P„ im Hilfszyliiiderraum 55 gi'össer als der Druck P„ im Pufferraum 1 1 . Dann fliesst Arbeitsmedium vom Hilfszylindei^raum zum Pufferraum 11. Der Druckpegel im Hilfszylinderraum 55 sinkt, wodurch der Kolben 2 wieder die höhere ursprüngliche mittlere Stellung einnimmt.

Aus dem Obenstehenden geht hervor, dass die

Regelung der mittleren Stellung sowohl wenn die veränderlichen Drücke im Arbeitsraum und im Hilfssrylinderraum gleichphasig sind (Fig. 8) als auch wenn die genannten Drücke gegenphasig sind (Phasenuntersehied 18O°) (Fig. 2) funktioniert. _x

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Claims

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PATENTANSPRUECHE:

ΙΤΛ Heissgaskolbcnmaschine mit mindestens einem Arbeitsraum, in dem ein Arbeitsmedium einen thermodynamischen Kreislauf macht, welcher Arbeitsraum einen Kompressionsraum und einen Expansionsraum mit im Betrieb untereinander verschiedenen mittleren Temperaturen hat, die über Wärmeaustauscher, unter denen ein Regenerator, miteinander verbunden sind, wobei mindestens ein in einem Zylinder hin- und herbeweglicher freier Kolben vorhanden ist, der mit der einen Oberfläche das Volumen des Arbeitsraumes ändert und mit der anderen Oberfläche einen Teil der Begrenzung eines Pufferraumes bildet, in dem sich ebenfalls Arbeitsmedium unter einem im Betrieb wenigstens nahezu konstanten Druck befindet, der dem mittleren Arbeitsniediumdruck im Arbeitsraum entspricht, wobei ein Regelmechanismus zum Beibehalten einer bestimmten mittleren Stellung des freien Kolbens durch ausgenblickliches Freigeben einer Verbindung zwischen dem Pufferraum und einem Raum vei-änderlichen Druckes vorhanden ist, welcher Regelmechanismus zwei Elemente enthält, die als Hilfszylinder und als darin beweglicher Hilfskolben zum Aendern des Volumens des Hilfszylinderraumes ausgebildet sind, von welchen Elementen d^is eine mit dem freien Kolben verbunden und das andere ortsfest angeordnet ist, wobei der Hilfskolben mit mindestens einem Kanal versehen ist, der mit einem Ende in die mit der Hilfszylindervand zusammen-

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arbeitende Hilfskolbenwand mündet und dort in einer

bestimmten Stellung des Hilfskolbens mit mindestens einem mit dem Pufferraum in Verbindung stehenden Kanal in der Hilfszylinderwand übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet; dass der Kanal (.32; 56', 66; 95) im Hilfskolben (28; 53; 6'J', 9'<±) mit dem anderen Ende in den Hilfszylinderraum (31J 55 j 67; 93) mündet.
2. Heissgaskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ortsfest angeordnete Element (64) gegenüber dem Zylinder (1) in der Richtung der Zylinderachse verstellbar ist (?O; 71) (Fig. 5).

3· Heissgaskolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem freien Kolben (2) verbundene Element (63) gegenüber dem freien Kolben (2) in axialer Richtung verstellbar (6O-62) angeordnet ist (Fig. Ό

h, Heissgaskolbenmaschino nach Anspruch 1, 2. oder 3> dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elemente (28, 30; 63, 6^; 92, 9k) im Pufferraum (11; 90) untergebracht sind (Fig. 1, k, 5, 6).

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