DE2820526A1 - PROCEDURE FOR CONTROLLING A HOT GAS ENGINE ALSO WORKING WITH A FREE-SWINGING PISTON - Google Patents

Description

Anmelder: Dipl.-Ing. Christian Schneider 28 20 5 Applicant: Dipl.-Ing. Christian Schneider 28 20 5

Reuthgasse 7Reuthgasse 7

8650 Kulmbach8650 Kulmbach

Verfahren zum Steuern und Regeln eines auch mit freischwingendem Kolben arbeitenden HeißgasmotorsMethod for controlling and regulating one also with free-swinging Piston working hot gas engine

Die Erfindung betrifft eine Vereinfachung der immer noch aufwendigen Steuerung und Regelung des seit 162 Jahren bekannten Heißgas-(Stirling-)Motors.The invention relates to a simplification of the still complex control and regulation of the hot gas (Stirling) engine, which has been known for 162 years.

Es wird angestrebt, Primärenergie, daß heißt gasförmige, flüssige oder feste Brennstoffe oder andere Wärmequellen oder Energieträger wirtschaftlicher zur Gewinnung von mechanischer oder/und Wärmeenergie einzusetzen, insbesondere in vielen Fällen den Weg über das Elektrizitätswerk mit seinem Energieverlust von rund zwei Dritteln zu umgehen.The aim is to use primary energy, that is, gaseous, liquid or solid fuels or other heat sources or to use energy carriers more economically for the production of mechanical and / or thermal energy, especially in many cases via the power station to deal with its energy loss of around two thirds.

Der Stirlingmotor, früher auch Heißluftmaschine genannt, hier jedoch Heißgasmotor, ist seit 1816 bekannt. Seit 1938 haben ihn die Philips Gloeilampenfabrieken, Eindhoven-Niederlande, zu hoher Drehzahl, Leistung, Laufruhe, Lebensdauer, Abgassauberkeit, zu hohem Wirkungsgrad und zu geringstem Schmierölverbrauch weiterentwickelt, Motortechnische Zeitschrift (MTZ) 1968, Seiten 284...289. Auch andere Werke, so die Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg, MAN, die Motorenwerke Mannheim, MWM, United Stirling, Schweden, oder Ford, USA, haben Entwicklungserfolge gemeldet, MTZ 1972, Seiten 67/68 und 489, Seiten 264/265 und 1975, Seiten 185/186. Auch ist ein Freikolben-Stirlingmotor nach William T. Beale der Sunpower Incorporated,The Stirling engine, formerly also known as the hot air machine, Here, however, a hot gas engine has been known since 1816. Since 1938 the Philips Gloeilampenfabrieken, Eindhoven-Netherlands, have further developed it to high speed, power, smoothness, service life, exhaust gas cleanliness, to high efficiency and to the lowest lubricating oil consumption, Motortechnische Zeitschrift (MTZ) 1968, pages 284 ... 289. Even other plants, such as the Augsburg-Nuremberg machine factory, MAN, the Mannheim engine works, MWM, United Stirling, Sweden, or Ford, USA, have reported development successes, MTZ 1972, pages 67/68 and 489, pages 264/265 and 1975, pages 185/186. Also a free piston Stirling engine after William T. Beale is the Sunpower Incorporated,

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Athens, Ohio 45 7ol, USA, bekannt geworden.Athens, Ohio 45 7ol, USA.

Dor technische Aufwand bei diesen Lösungen ist jedoch hoch. Die Philips-Bauart verlangt eine vielteilige Mechanik, da außer dem Arbeitskolben noch ein zweiter zylindrischer Körper, der Verdränger, phasenverschoben zum Kolben bewegt werden muß. Die Verdrängerstange muß gasdicht durch Kolben und Kolbenstange geführt werden. Es sind auch Bauweisen ohne Verdränger bekannt, die aber mehrere dicht beieinanderliegende einfach- oder doppeltwirkende Zylinder mit vielfach langen Gaswegen von Zylinder zu Zylinder erfordern. Bei der Gewinnung von mechanischer Energie ist nachteilig, daß sich sehr große Kühler ergeben, da etwa doppelt soviel Abwärme und diese womöglich bei wesentlich niedrigerer Temperatur durch die Kühlflüssigkeit abzuführen ist als bei Gas- oder Dieselmotoren. Der Vorschlag von Beale enthält den Zwang zu rhytmischer Funktion mit einer Frequenz zwischen 20 und 30 Hz, die nur in geringen Grenzen durch Änderung der Leistungsabgabe und des Fülloder mittleren Arbeitsdrucks veränderlich ist.However, the technical effort involved in these solutions is high. The Philips design requires a multi-part mechanism, since in addition to the working piston there is a second cylindrical one Body, the displacer, must be moved out of phase with the piston. The displacement rod must be gas-tight Piston and piston rod are guided. There are also known designs without displacer, but several tight Single or double-acting cylinders lying next to one another with gas paths that are often long from cylinder to cylinder require. When generating mechanical energy, it is disadvantageous that there are very large coolers, as about twice as much waste heat and this may have to be dissipated through the coolant at a significantly lower temperature than with gas or diesel engines. The suggestion von Beale contains the compulsion to function rhythmically with a frequency between 20 and 30 Hz, which is only low Limits can be changed by changing the power output and the filling or mean working pressure.

Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, den Heißgasmotor so zu vereinfachen, daß er weniger Bauaufwand und Wartung als die herkömmlichen Brennkraftmaschinen beansprucht, daß er geräuschärmer und auch sonst umweltfreundlicher als diese läuft und eine mehrfach so hohe Lebensdauer erreicht.The inventors have set themselves the task of simplifying the hot gas engine so that it has less construction costs and Maintenance than the conventional internal combustion engines requires that it runs quieter and otherwise more environmentally friendly than this and that it has a service life that is several times as long.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein leichter Verdränger, der gleichzeitig WärmetauscherThis object is achieved according to the invention in that a light displacer that also functions as a heat exchanger

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ΛΑΛΑ

sein kann, durch außerhalb des Zylinders erzeugte Magnetfelder bewegt wird, die durch eine dünne Zylinderwand hindurch auf magnetisch beeinflußbare Teile des Verdrängers einwirken. Der Zylinder steht bevorzugt senkrecht, um so die Reibung zwischen schwingenden Teilen und der Zylinderwand zu vermindern und um möglichst mit einer einzigen stromdurchflossenen Spule auszukommen.can be moved by magnetic fields generated outside the cylinder through a thin cylinder wall act through it on magnetically influenceable parts of the displacer. The cylinder is preferably vertical, so as to reduce the friction between vibrating parts and the cylinder wall and, if possible, with a get by with a single current-carrying coil.

Gegen Ende dieser Schrift folgen noch einige besondere Ausführungen dieses Verdränger-Antriebs.Towards the end of this document, some special versions of this displacement drive follow.

Der neue Heißgasmotor soll vorerst für niedrige Leistung und Drehzahl ausgelegt werden. Häufig soll er mit freischwingendem Kolben, also ohne Kurbeltrieb und Schwungrad arbeiten. Dann wird statt von Drehzahl besser von Frequenz oder Schwingzahl (Hz, l/s) gesprochen. Wenn sein Arbeitskolben unmittelbar mit geradlinig schwingenden Teilen irgendwelcher Maschinen gekuppelt ist, sind diese Teile frei von Querkräften und dem von Querkräften bewirkten Verschleiß.The new hot gas engine will initially be designed for low power and speed. Often it should work with a free-swinging piston, i.e. without a crank drive and flywheel. Then instead of speed it is better from Frequency or oscillation rate (Hz, l / s) spoken. When its working piston is directly coupled to linearly oscillating parts of any machine these parts free from transverse forces and the wear caused by transverse forces.

Zur Frage nach der Steuerung des den Verdränger bewegenden Magnetfelds: Im Anwendungsfall mit Kurbeltrieb können das Schalter übernehmen, die herkömmlicherweise von Nocken auf der Kurbelwelle betätigt, werden, mit Früh- oder Spätschaltung, hier so genannt in Anlehnung an die Begriffe Früh- und Spätzündung beim Ottomotor. Anders bei frei schwingenden Kolben, auch Stufenkolben, die beispielsweise bei Pumpen- oder Verdichter-Antrieben keineRegarding the question of the control of the magnetic field moving the displacer: In the case of application with a crank drive, this can be done Take over switches that are conventionally operated by cams on the crankshaft, with early or Retarded gearshift, here so called based on the terms early and retarded ignition in gasoline engines. Different with freely oscillating pistons, including stepped pistons, which are not used, for example, in pump or compressor drives

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mechanischen Bewegungen aus druckfesten Hohlräumen nach außen zu übertragen haben. Um das Magnetfeld zu erregen, könnte man Schalter in Hohlräumen des Motors oder der angetriebenen Maschine unterbringen, von hin- und hergehenden Teilen antippen lassen und elektrische Leitungen druckdicht nach außen führen, oder eine mit dem Kolben verbundene Stange durch einen Zylinderdeckel führen und außenliegende Schalter betätigen, beides unbefriedigende Lösungen. Auch ist denkbar, magnetische, optische, akustische oder andere Signale, die den Kolbenweg anzeigen, durch unmagnetische, durchsichtige, für Schall oder andere Signale durchlässige Wände zur Schalterbetätigung nach außen zu leiten. Einfacher ist es jedoch, den Heißgasmotor durch ein elektrisch angetriebenes drehzahlveränderliches Zeitschaltwerk zu steuern und zu regeln, Fremdsteuerung statt Eigensteuerung.have to transmit mechanical movements from pressure-resistant cavities to the outside. To excite the magnetic field, You could place switches in cavities in the motor or the driven machine, let moving parts tap and electrical lines Lead pressure-tight to the outside, or lead a rod connected to the piston through a cylinder cover and Operate external switches, both unsatisfactory solutions. It is also conceivable to use magnetic, optical, acoustic or other signals that indicate the piston travel, through non-magnetic, transparent walls permeable to sound or other signals for switch actuation to lead to the outside world. However, it is easier to control and regulate the hot gas engine by means of an electrically driven variable-speed timer, external control instead of internal control.

Am einfachsten ist der Antrieb von Pumpen. Der Kraftbedarf des Pumpenkolbens verläuft gleichmäßig über den ganzen Hub, und für die Kolbenumkehrpunkte ("Totpunkte" beim Kurbeltrieb) wird keine hohe Genauigkeit gefordert.The simplest way is to drive pumps. The power requirement of the pump piston runs evenly over the whole Stroke, and for the piston reversal points ("dead points" in the crank mechanism), high accuracy is not required.

Schwieriger, doch auch weit lohnender, weil hier umfangreiche Anwendungsgebiete vorliegen, ist der Antrieb ein- oder mehrstufiger Verdichter, beispielsweise zur Druckgaserzeugung, für Kältemaschinen oder Wärmepumpen, auch für Kälte- und Wärmeversorgung gleichzeitig. Die Verbindung Heißgasmotor-Wärmepumpe ist geradezu ideal, weil der Motor für einen guten Wirkungsgrad besonders gute Kühlung verlangt und weil die Wärmepumpe (als Abfall) eiskalteThe drive is more difficult, but also far more worthwhile, because there are extensive areas of application here. or multi-stage compressors, for example for generating compressed gas, for refrigeration machines or heat pumps, also for Cold and heat supply at the same time. The hot gas engine / heat pump connection is ideal because the Motor requires particularly good cooling for good efficiency and because the heat pump (as waste) is ice-cold

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Kühlflüssigkeit liefert. Zudem kann fast die gesamte Abwärme des Heißgasmotors in den Wärmekreislauf eingebracht werden.Coolant supplies. In addition, almost all of the waste heat from the hot gas engine can be introduced into the heat cycle will.

Die beiden Schwierigkeiten beim kurbeltrieblosen Verdichterantrieb sind: 1) Der Verdichterkolben muß nah und genau an den Zylinderdeckel herangeführt werden, um den schädlichen Raum klein zu halten. 2) Kraftangebot und Kraftbedarf stimmen zeitlich nicht überein. Der Heißgasmotor hat, entsprechende Gegenkraft vorausgesetzt, wie alle Brennkraftmaschinen seine Kraftspitze zu Beginn des Arbeitshubs, der Verdichter dagegen beginnt seinen Verdichtungshub mit der Kraft Null. Erst gegen Mitte bis Ende des Hubs erreicht der Kraftbedarf seine volle Höhe, dann, wenn das Kraftangebot des Heißgasmotors schon weit abgefallen ist. Die Kolben des Heißgasmotors und des Verdichters weichen beim Aufheizen des Arbeitsgases fast widerstandslos aus und lassen den möglichen Spitzendruck sich gar nicht erst aufbauen.The two difficulties with the crank-less compressor drive are: 1) The compressor piston must be close and be brought exactly to the cylinder cover, around the to keep harmful space small. 2) power supply and Power requirements do not match in time. The hot gas engine has, provided that there is a corresponding counterforce, such as all internal combustion engines have their peak force at the beginning of the working stroke, while the compressor starts its compression stroke with zero force. Not until mid to At the end of the stroke, the power requirement reaches its full level, when the power available from the hot gas engine is already far has fallen off. The pistons of the hot gas engine and the Compressors give way almost without resistance when the working gas is heated up and allow the possible peak pressure not even build up.

Der herkömmliche Kurbeltrieb böte hier Abhilfe. Ein Gegenstand der Erfindung ist, die Schwungmasse hierbei bewußt klein zu halten. Wenn nach außen keine Wellenleistung abgegeben werden muß, ist die Gleichförmigkeit der Drehbewegung unwichtig. Dann ist im Gegenteil wechselnde Winkelgeschwindigkeit erwünscht. Ist sie in Totpunktnähe gering, so wird Zeit für den Wärmeübergang von Wand an Gas und umgekehrt gewonnen. In der Hubmitte darf undThe conventional crank mechanism would help here. One object of the invention is to deliberately keep the centrifugal mass small. If there is no shaft power to the outside must be delivered, the uniformity of the rotary motion is unimportant. Then the opposite is changing Angular velocity desirable. If it is small in the vicinity of the dead center, then there is time for the heat transfer from the wall gained in gas and vice versa. In the middle of the stroke, and

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auouch

soll die Winkelgeschwindigkeit groß sein. Das Arbeitsgas soll vorwiegend in Totpunktnähe Wärme aufnehmen und abgeben, dazwischen sich aber schnell und annähernd adiabatisch dehnen und verdichten, also über den größeren Teil des Hubs wenig Wärme mit den Wänden austauschen, weniger Wärme unwirtschaftlich vom Heizkörper zum Kühlkörper führen. Damit auch der untere Totpunkt (im Kühlkörper) langsam durchfahren wird, wird zusätzlich zur Energiespeicherung im Schwungrad während des Arbeitshubs ein Puffer aufgeladen, der den größeren Teil der Rückstellkraft für den Verdichtungshub des Heißgasmotors zu liefern hat.the angular velocity should be large. The working gas should mainly absorb and release heat near the dead center, but in between expand and compress quickly and almost adiabatically, i.e. over the larger one Part of the hub exchanges little heat with the walls, less heat leads uneconomically from the radiator to the heat sink. In addition to the Energy storage in the flywheel during the working stroke charges a buffer that supplies the greater part of the restoring force for the compression stroke of the hot gas engine Has.

Ein schwieriger Teil der Erfindung ist aber, die Einheit Heißgasmotor-Verdichter als kurbeltrieblosen Einzylinder zu verwirklichen. Drei Wege werden hierzu vorgeschlagen:A difficult part of the invention, however, is the unit Realize hot gas engine compressor as a single cylinder without crankshaft drive. Three ways are suggested:

1) Durch größere Masse der Motor- und Verdichterkolben zu deren Beschleunigung einen höheren Druck des Arbeitsgases zu Beginn des Arbeitshubs zu erzwingen und gegen Ende des Hubs die Wucht der sich verzögernden Kolben in höhere Kolbenkraft umzusetzen. Soll mit gegenläufigen Kolben vollständiger Massenausgleich erzielt werden, so erübrigen sich herkömmliche Synchronisiereinrichtungen wie Zahnstangen, Zahnräder, Gestänge oder dergleichen, da die gemeinsame elektrische Steuerung beide Verdränger gleichzeitig bewegt und so die Bewegung der beiden Kolben gleichzeitig einleitet.1) Due to the larger mass of the engine and compressor pistons to force a higher pressure of the working gas at the beginning of the working stroke and against At the end of the stroke, the force of the decelerating piston can be converted into higher piston force. Should be with opposing pistons complete mass balance can be achieved, conventional synchronizing devices such as racks, gears, linkages or the like are unnecessary, since the common electrical control of both displacers at the same time moves and thus initiates the movement of the two pistons at the same time.

2) Bei leichten schwingenden Massen so gut wie ohne dynamische Kraftspeicherung, nur mit kinematischen Hilfen2) With light oscillating masses as good as without dynamic force storage, only with kinematic aids

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Kraftangebot und Kraftbedarf aufeinander abzustimmen. Zwei solcher Hilfen werden bei den Ausführungsbeispielen gezeigt: Das Rautengetriebe und der Kurvenkeil. Dabei ist auch weitgehendes Auswuchten erreichbar.Coordinate power supply and power requirement. Two such aids are provided in the exemplary embodiments shown: The diamond gear and the cam wedge. Extensive balancing can also be achieved here.

3) Eine Tandem-Anordnung von Heißgasmotor und einzylindrigem Verdichter, bei der mit gegenläufigen Ausgleichsgewichten, die mit einer bestimmten Getriebe-Geometrie angetrieben werden, ein hoher Anfangsdruck gleich zu Beginn des Arbeitshubs erzwungen wird.3) A tandem arrangement of hot gas engine and single-cylinder compressor, with counter-rotating counterweights with a specific gear geometry are driven, a high initial pressure is forced right at the beginning of the working stroke.

Im Fall des Verdichterantriebs zur Kälte- oder Wärmeerzeugung soll im Heißgasmotor, im Kältemittelkreislauf und in Puffern möglichst der gleiche Arbeitsstoff verwendet werden, wenn die Arbeitsräume benachbart liegen und nur durch Gleitdichtungen voneinander getrennt sind. Es soll kein Fremdstoff ins Kältemittel durchblasen können. Als chemisch und thermisch widerstandsfähige Kältemittel kommen in Betracht: Propan C-H₀, Propylen C₀H₁,, Octafluor-In the case of the compressor drive for cold or heat generation, the same working substance should be used in the hot gas engine, in the refrigerant circuit and in buffers if the work spaces are adjacent and only separated from one another by sliding seals. No foreign matter should be able to blow into the refrigerant. The chemically and thermally resistant refrigerants are: propane CH ₀ , propylene C ₀ H ₁ , octafluoro-

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cyclobutan CF₀, Schwefelhexafluorid SF-, Kohlendioxyd CO_n und andere. Doch gibt es auch bei diesen Stoffen obere Temperaturgrenzen, bei denen sie sich zu zersetzen beginnen und Werkstoffe oder Schmierstoffe angreifen. Will man solche Temperaturgrenzen überschreiten, so muß für den Heißgasmotor auf ein inertes Gas und kann für den Verdichter auf herkömmliche Kältemittel zurückgegriffen werden. Dies ist problemlos, solange der Heißgasmotor von kältemittelführenden Räumen getrennt liegt.cyclobutane CF ₀ , sulfur hexafluoride SF-, carbon dioxide CO _n and others. But there are also upper temperature limits for these substances at which they begin to decompose and attack materials or lubricants. If such temperature limits are to be exceeded, an inert gas must be used for the hot gas engine and conventional refrigerants can be used for the compressor. This is problem-free as long as the hot gas engine is separated from the refrigerant-carrying rooms.

Erfindungsgemäß wird großer Wert auf Wärmerückgewinn aus dem heißen Abgas zur Vorwärmung der Verbrennungsluft gelegt.According to the invention, great value is placed on heat recovery from the hot exhaust gas to preheat the combustion air.

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Denn die Primärenergie, die in mechanische Energie umgesetzt wurde, kann in der Wärmepumpe mit einem Faktor, der sogenannten Leistungsziffer, die bei üblicher Temperaturspreizung um 3 liegt, wieder in fühlbare Wärme zurückverwandelt werden.Because the primary energy, which was converted into mechanical energy, can be used in the heat pump with a factor that So-called performance figure, which is around 3 with the usual temperature spread, can be converted back into sensible heat.

Der Verdränger bewegt sich nicht wie bei herkömmlichen Heißgasmotoren sinusförmig wie der Kolben, sondern schnell, fast augenblicklich, während der freischwingende Kolben in einer Endlage stillsteht. So kann man dem theoretischen Kreisprozeß recht nah kommen und eine größere Arbeitsfläche mit ausgeprägten Eckpunkten erreichen. Bei bisherigen Ausführungen degenerierte diese trapezförmige Fläche' zu Ovalen. Durchschnittlich höhere, vollständigere Arbeitsflächen kann auch eine ungewöhnliche Eigenschaft einiger der genannten Schwergase bringen, ihr niedriger Adiabatenexponent.The displacer does not move sinusoidally like the piston, as in conventional hot gas engines, but rather quickly, almost instantly, while the free-swinging piston stands still in one end position. So you can do the theoretical Come very close to the circular process and achieve a larger work surface with pronounced corner points. In previous versions, this degenerated trapezoidal shape Surface 'to ovals. Average higher, more complete work surfaces can also be an unusual feature some of the heavy gases mentioned bring their low adiabatic exponent.

Für die Volkswirtschaft ist die Ersparnis an Primärenergie durch die umweltfreundliche Erfindung von Bedeutung. Für den einzelnen Anwender bringt sie folgende Vorteile:For the national economy, the savings in primary energy through the environmentally friendly invention is important. For it has the following advantages for the individual user:

Ersparnis an Energie, an Stromkosten, vor allem auch an Bereitstellungskosten für die elektrische Leistung. Gleichgültig, ob zur Kälte- oder Wärmegewinnung oder zur Erzeugung mechanischer Energie eingesetzt, kann die Erfindung auch in entlegenen, stromfernen Gebieten angewendet werden, wo als Brennstoff beispielsweise auch methanhaltiges Gas aus Faulbehältern dienen kann. Auch Beheizung durch Sonnenwärme ist denkbar. Soweit die Energie in Tropen zur Kühlung von Wohn-, Arbeits-, LagerräumenSavings in energy, electricity costs, and above all in supply costs for the electrical power. Regardless of whether it is used to generate cold or heat or to generate mechanical energy, the invention can also be used in remote areas remote from electricity, where, for example, methane-containing gas from digesters can also serve as fuel. Heating by solar heat is also conceivable. So much for the energy in the tropics for cooling living, working and storage rooms

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oder Ställen gebraucht wird, fallen Kältebedarf und Sonnenwarmeangebot zeitlich zusammen. Die geringe elektrische Leistung zum Antrieb des Verdrängers und für die Versorgung der Überwachungsgeräte kann aus hauseigenen Kleinstromerzeugern, Fotozellen oder mit Motorabwärme beheizten Thermoelementen entnommen werden. In den folgenden Figuren werden weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindungsgedanken dargelegt.or stables are needed, the cooling requirement and solar heating supply coincide. The low electrical power to drive the displacer and to supply the monitoring devices can be heated from in-house small power generators, photocells or with waste heat from the engine Thermocouples are removed. Further details and advantages of the inventive concept are presented in the following figures.

Fig. 1 zeigt das angestrebte ideale Druck-Fig. 1 shows the desired ideal pressure

VoIumendiagramm Fig. 2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau desVolume diagram Fig. 2 shows the basic structure of the

Heißgasmotors Fig. 3 zeigt ein Beispiel in Einheit mit einerHot gas engine Fig. 3 shows an example in unit with a

Hochdruckpumpe Fig. 4 zeigt ein Beispiel in Einheit mit zweihigh pressure pump Fig. 4 shows an example in unit with two

Verdichtern und Rautengetriebe Fig. 5 zeigt ein Beispiel in Einheit mit zweiCompressors and diamond gears Fig. 5 shows an example in unit with two

Verdichtern und Kurvenkeil Fig. 6 zeigt ein Beispiel in Einheit mit einemCompressors and cam Fig. 6 shows an example in unit with one Verdichter in TandemausführungCompressors in tandem design

Fig. 7 zeigt eine ähnliche, noch gedrängtere Ausführung Fig. 8 zeigt eine Ausführung mit 2 Verdichterstufen Fig. 9 zeigt einen Ausschnitt mit Bewegung desFig. 7 shows a similar, even more compact embodiment. Fig. 8 shows an embodiment with 2 compressor stages Fig. 9 shows a section with movement of the

Verdrängers durch Wanderfeld Fig. 10 zeigt einen Ausschnitt mit BewegungDisplacer by traveling field Fig. 10 shows a section with movement

des Verdrängers durch Ferromagnetismus Fig. 11 zeigt einen Ausschnitt mit Bewegung desof the displacer by ferromagnetism Fig. 11 shows a section with movement of the Verdrängers durch GegeninduktionDisplacer by mutual induction

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Fig. 12Fig. 12

und 13 zeigen einen Ausschnitt mit Anschlagdämpfung und Feder-Festmagnetkombination in 2 Stellungen13 and 13 show a section with stop damping and a spring-fixed magnet combination in 2 positions

Fig. 14 zeigt eine Ausführung als kolbenlosen Förderer14 shows an embodiment as a pistonless conveyor

Den Ausführungsbeispielen wird in Fig. 1 der geschlossene innere Gaskreisprozeß als Druck-Volumen-(PV-)Diagramm vorangestellt. Es ist gezeichnet für ein VerdichtungsverhältnisIn FIG. 1, the exemplary embodiments are preceded by the closed internal gas cycle process as a pressure-volume (PV) diagram. It is drawn for a compression ratio

V₄ (unterer Totpunkt) C ,„V ₄ (bottom dead center) C, "

1 ^ = C (Epsxlon) = 2 1 ^ = C (Epsxlon) = 2

V (oberer Totpunkt)V (top dead center)

für ein Temperaturverhältnis T₀ (heiß) for a temperature ratio T ₀ (hot)

g_oo g _{oo K} (₅27op _K ( ₅ 27op

T (kalt) 32o K ( 47"C)T (cold) 32o K (47 "C)

und für einen Höchstdruck von 100 %. Vom unteren Totpunkt (oder Kolbenumkehrpunkt) aus wird das Arbeitsgas von der Kalttemperatur T = 32o K, dem Volumen V und dem Druck P = 20 % auf das Volumen V„ verdichtet. V. ist der Hubraum. and for a maximum pressure of 100%. From the bottom dead center (or piston reversal point), the working gas is compressed from the cold temperature T = 32o K, the volume V and the pressure P = 20% to the volume V " . V. is the displacement.

2 h2 h

Je nach der Kolbengeschwindigkeit verläuft diese Zustandsänderung mehr isothermisch (Exponent η = 1) oder mehr adiabatisch (Exponent η = 3f (Kappa) - 1,4). Die wirkliche polytropische Zustandsänderung liegt zwischen Isotherme und Adiabate. Für beide Kurven sind auch die Endtemperaturen Depending on the piston speed, this change of state is more isothermal (exponent η = 1) or more adiabatic (exponent η = 3f (kappa) - 1.4). The real polytropic change of state lies between isotherms and adiabats. The final temperatures are also for both curves

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angegeben. Nach der Verdrängerbewegung wird das Arbeitsgas im Heißraum auf 800 K erhitzt, es stellt sich der Spitzendruck P = 100 % ein. Im folgenden Arbeitshub, wieder zwischen Isotherme und Adiabate verlaufend, dehnt sich das Gas wieder auf das Volumen V , die Temperaturen sind wieder angegeben. Nach der Verdrängerbewegung kühlt sich das Gas auf 320 K ab, der Druck sinkt auf P = 20 %.specified. After the displacement movement, the working gas in the hot room is heated to 800 K, the peak pressure P = 100% is established. In the following working stroke, again running between isotherms and adiabats, the gas expands again to volume V, which is the temperature stated again. After the displacement movement, the gas cools down to 320 K, the pressure drops to P = 20%.

Die Kurven gelten für ideale Gase mit dem Adiabatenex ponenten 3£ (Kappa) = 1,4. Doch haben in Betracht gezogene Schwergase niedrigere Exponenten, von 1,14 (C H) bis herunter zum extrem niedrigen Wert 1,02 (SF.). Das The curves apply to ideal gases with the adiabatic component 3 £ (kappa) = 1.4. However, the heavy gases under consideration have lower exponents, from 1.14 (CH) down to the extremely low value 1.02 (SF.). That

bedeutet, daß die Arbeitsfläche gegen die Isothermen anwächst, daß der Druckunterschied zwischen Verdichtung und Dehnung größer wird. Um Schwierigkeiten mit hohen Temperaturen zu vermindern, kann auch mit niedrigeren Temperaturen (aber gleichem Temperaturverhältnis), etwa 750 K / 300 K, gefahren werden.means that the working area increases against the isotherms, that the pressure difference between compaction and elongation increases. In order to reduce difficulties with high temperatures, lower ones can also be used Temperatures (but the same temperature ratio), about 750 K / 300 K, can be driven.

Fig. 2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau des neuen Heißgasmotors. 1 ist der Heizkörper, der den Heißraum umschließt, 2 ist der Kühlkörper, er umgibt den Kaltraum. 3 ist der Motorkolben, 4 der leichte Verdränger, hier gleichzeitig Wärmetauscher. 5 ist ein dünnwandiger Zylinder aus magnetisch durchlässigem Werkstoff. Um ihn herum liegt etwa in halber Höhe eine Magnetspule 6, von einem Kraftlxnienleitkorper 7 umgeben. Der leichte Verdränger 4, ein wesentlicher und die Erfindung kennzeichnender Teil, besteht aus einem oben dünnwandigen, nachFig. 2 shows the basic structure of the new hot gas engine. 1 is the radiator that surrounds the hot space, 2 is the heat sink, it surrounds the cold space. 3 is the engine piston, 4 is the light displacer, here also a heat exchanger. 5 is a thin-walled cylinder made of magnetically permeable material. To him Around halfway up there is a magnet coil 6, surrounded by a force guide body 7. The light displacer 4, an essential part that characterizes the invention, consists of a thin-walled top, according to

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unten stärker werdenden magnetisierbaren Rohr 8, das an seinem unteren Ende gerade so viel und so verteilten Werkstoff enthält, daß die stromdurchflossene Magnetspule 6 den Verdränger 4 anheben, oben sanft, möglichst ohne daß eine Federung notwendig wird, anschlagen lassen und in dieser Stellung festhalten kann. Die Bewegungen des Verdrängers 4 werden durch das dichte, unter hohem Druck stehende Gas und durch enge Gaswege gedämpft. Bei senkrecht stehendem Zylinder 5 ist meist nur eine einzige Magnetspule 6 nötig. Waagrechte oder geneigte Ausführungen sind wohl möglich, werden aber hier wegen der zusätzlichen Reibung und des höheren Aufwands für die Verdrängerbewegung nicht gezeigt. Der Verdränger 4 kann den Wärmetauscher 9 enthalten, der oben immer heiß, unten immer kalt sein soll. Er besteht dann aus leichtem, gut wärmeleitendem Werkstoff hoher Wärmekapazität. Um den Wärmefluß längs seiner Achse zu erschweren, können Scheiben 10 aus wärmedämmendem Werkstoff in Trennfugen eingelegt sein. Das Arbeitsgas durchströmt ihn durch eine koaxiale Bohrung 11, die zur Vergrößerung der wärmetauschenden Oberfläche und zur Erzeugung von Drall ein hochprofiliges, steilgängiges Innengewinde 12 oder andere diese Wirkung fördernde Mittel enthalten kann. In Fig. 2 ist die obere Totpunktlage des Kolbens 3 gezeichnet, der Verdränger 4 war schon während des vorhergegangenen Verdichtungshubs angehoben, das Arbeitsgas ist abgekühlt, sein Druck auf den Kleinstwert P gefallen. Zum richtigen Zeitpunkt wird die Magnetspule 6 abgeschaltet, der Verdränger 4 fällt bis auf den Kolben 3 und gleitet während des Arbeitshubs mit diesem nach unten. Die Verdrängerbewegung kann auch elektromagnetischmagnetizable tube 8, which is getting stronger at the bottom and just as much and so distributed at its lower end Material contains that the current-carrying solenoid 6 lift the displacer 4, gently at the top, as possible without a suspension is necessary, can strike and hold in this position. The movements of the displacer 4 are through the dense, under high pressure gas and dampened by narrow gas paths. When the cylinder 5 is vertical, there is usually only one only solenoid 6 required. Horizontal or inclined designs are possible, but are used here because of the additional friction and the higher costs for the displacement movement not shown. The displacer 4 can contain the heat exchanger 9, which is always hot at the top, should always be cold downstairs. It then consists of a light, highly thermally conductive material with a high thermal capacity. Around To complicate the flow of heat along its axis, disks 10 made of heat-insulating material can be in parting lines be inserted. The working gas flows through it through a coaxial bore 11, which is used to enlarge the heat-exchanging surface and to generate swirl may contain a high-profile, steep internal thread 12 or other means promoting this effect. In Fig. 2, the top dead center position of the piston 3 is drawn, the displacer 4 was already raised during the previous compression stroke, the working gas has cooled down, its pressure has fallen to the minimum value P. At the right time, the solenoid 6 is switched off, the displacer 4 drops to the piston 3 and slides down with it during the working stroke. The displacement movement can also be electromagnetic

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verstärkt oder allein elektromagnetisch bewirkt werden. Während der Abwärtsbewegung treibt der Verdränger 4 das kalte Arbeitsgas nach oben. Dieses strömt vorgewärmt in den Heißraum ein, legt sich mit Drall an die heißen Wände des Heizkörpers 1 und des Zylinders 5 an, erreicht schnell seine Höchsttemperatur T und seinen Höchstdruck P- und drückt den Kolben 3 abwärts. Beim Erreichen des unteren Totpunkts wird die Magnetspule 6 wieder erregt, der leichte Verdränger 4 angehoben, das heiße Arbeitsgas durch den Wärmetuascher 9 nach unten gedrückt, wobei es diesen aufheizt und sich selbst abkühlt, mit Drall die Innenfläche des Kühlkörpers 2 und den kalten Kolbenboden anströmt, sich weiter abkühlt und den Niedrigstdruck P annimmt. Bei diesem Ausführungsbeispiel kleinen Hubraums und großer Gasdichte sind Heiz- und Kühlraum nur mit glatten Innenflächen angegeben. Baumuster größeren Hubraums und höherer Frequenz machen eine Vergrößerung der wärmeübertragenden Flächen mit den herkömmlichen Mitteln, etwa Verrippung oder Verrohrung, notwendig. Eine Rückstellkraft aus Puffer oder/und Schwungmasse schiebt den Kolben wieder in seine obere Totpunktlage. Damit ist ein Arbeitsspiel beendet. Das nächste kann, mindestens beim freischwingendem Kolben, nach beliebigem Zeitabstand abgerufen werden, es ist arhytmischer Betrieb möglich. So verläuft auch bei niedriger Leistung, damit Frequenz oder Schwingzahl, jedes Spiel unter Voll-Last-Bedingungen und mit Voll-Last-Wirkungsgrad.amplified or caused electromagnetically alone. During the downward movement, the displacer 4 drives the cold working gas up. This flows preheated into the hot room and leans against the hot one with a twist Walls of the radiator 1 and the cylinder 5, quickly reaches its maximum temperature T and its maximum pressure P- and pushes the piston 3 downwards. Upon reaching the At the bottom dead center, the solenoid 6 is excited again, the slight displacer 4 is raised, and the hot working gas is pressed down through the heat exchanger 9, with it heats it up and cools itself down, with a twist the inner surface of the heat sink 2 and the cold piston crown flows, continues to cool and the lowest pressure P assumes. In this embodiment small displacement and high gas density, heating and cooling rooms are only indicated with smooth inner surfaces. Larger displacement models and higher frequency make an enlargement of the heat transferring areas with the conventional means, for example Ribs or piping, necessary. A restoring force from the buffer and / or the flywheel pushes the piston back to its top dead center position. This ends a work cycle. The next one can be called up after any time interval, at least with the free-swinging piston arhytmic operation is possible. This is how every game runs under full load conditions and with low power, i.e. frequency or oscillation rate Full load efficiency.

Hieraus ergibt sich auch die vorteilhafte Möglichkeit, bei Verwendung der Erfindung als Verdichter saug- sowie druckseitig Rohre für Gassäulenschwingungen soThis also results in the advantageous possibility, when using the invention as a compressor, suction as well as pipes for gas column vibrations on the pressure side see above

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abzustimmen, daß ein erhöhter Fördergrad entsteht. Solches Vorgehen ist z.B. bekannt aus dem Betrieb von Zweitaktverbrennungsmotoren, v/o es jedoch den Nachteil aufweist, bei Begünstigung der Abstimm-Drehzahl andere Drehzahlen zu benachteiligen. Mit solcher Abstimmung können beträchtliche Werte erreicht werden. So gelang es z.B. bei Schiffsdieselmotoren, von denen nur ein enger Drehzahlbereich gefordert wurde, den gesamten Gaswechsel ohne sonstige Fördereinrichtungen auszuführen.to agree that an increased level of funding arises. Such a procedure is known, for example, from the operation of two-stroke internal combustion engines, but it has the disadvantage of having a different one when the tuning speed is favored Disadvantage speeds. Considerable values can be achieved with such coordination. So succeeded For example, in the case of marine diesel engines, of which only a narrow speed range was required, the entire gas exchange without carrying out any other conveying equipment.

Im oder am Heizkörper 1 ist ein Temperaturfühler 13, von dem aus die Beheizung geregelt wird. Beheizt wird im gezeigten Ausführungsbeispiel mit Gas, das durch einen Ringbrenner 14 zugeführt wird und mit hochvorgewärmter Luft verbrennt. Die heißen Verbrennungsgase strömen zwischen Heizrippen oder durch Heizbohrungen 15 durch den Heizkörper 1, dann durch die in die Heizbohrungen 15 ein-._iV gesteckten Flossenrohre 16 des Luftvorwärmers 17. Die Frischluft kommt von oben, wird durch einen Füllkörper 18 zwischen den Flossenrohren 16 hindurch nach außen gedrängt, strömt zwischen dem Heizkörper 1 und einem äußeren wärmedämmenden Mantelrohr 19 weiter nach unten und fließt hoch vorgewärmt durch Bohrungan 20 zu den Flammen. Das Kühlwasser tritt bei 21 tangential in den Kühlkörper 2 ein, strömt kreisend nach unten und tritt bei 22 wieder aus.In or on the radiator 1 is a temperature sensor 13, from which the heating is regulated. In the exemplary embodiment shown, gas is used for heating, which is fed in through a ring burner 14 and burns with highly preheated air. The hot combustion gases flow between heating fins or through heating bores 15 through the heating element 1, then through the heating bores 15. _iV plugged fin tubes 16 of the air preheater 17. The fresh air comes from above, is forced outward through a filler 18 between the fin tubes 16, flows further down between the heating element 1 and an outer heat-insulating jacket tube 19 and flows highly preheated through a hole at 20 the flames. The cooling water enters the heat sink 2 tangentially at 21, flows in a circular manner downwards and exits again at 22.

Fig. 3 zeigt stark vereinfacht ein Ausführungsbeispiel des neuen Heißgasmotors in Einheit mit einer Hochdruckpumpe, in unterer Kolbenendlage, Verdränger 4 noch auf dem (hier Stufen-) Kolben 3 aufliegend. Der schlanke Teil des (Stufen-)Kolbens 3 taucht in einen Gasdruckpuffer3 shows, in a greatly simplified manner, an embodiment of the new hot gas engine in unit with a high pressure pump, in the lower piston end position, displacer 4 still on the piston 3 (here stepped). The slim part of the (step) piston 3 is immersed in a gas pressure buffer

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ein, dessen Druck höher liegt als der des Heißgasmotors. Sein Hubraum ist gegenüber dem Pufferraum klein, so daß sich der Pufferdruck während der Hübe wenig ändert. Ein metallisches Anschlagen unten wird schon dadurch vermie den, daß der Kolben 3 den seitlichen Abgang zu den Ventilen 24 nicht überfahren kann. Der Gasinhalt des Puffers kann als Vorrat dienen, aus dem der Inhalt des Heißgasmotors nach Durchblasverlusten wieder ergänzt werden kann, gleiche Arbeitsstoffe vorausgesetzt. Manometer, Ventil und Rohrleitung hierzu sind ebenso wie Beheizung, Luftvorwärmer und Wärmetauscher nicht gezeichnet. Diese Einheit Heißgasmotor-Pumpe, ein Beispiel für höchste Einfachheit, ist frei von Querkräften. one whose pressure is higher than that of the hot gas engine. Its displacement is small compared to the buffer space, so that the buffer pressure changes little during the strokes. A metallic hitting the bottom is already avoided by the fact that the piston 3 cannot drive over the side outlet to the valves 24. The gas content of the buffer can serve as a supply from which the content of the hot gas engine can be replenished after blow-through losses, provided that the working materials are the same. Manometer, valve and pipeline for this, as well as heating, air preheater and heat exchanger are not shown. This hot gas motor-pump unit, an example of the greatest simplicity, is free from lateral forces.

Fig. 4 stellt, wieder stark vereinfacht, den Heißgasmotor in Verbindung mit je zwei Verdichtern 25 und Puffern 23 dar. Das Bild ist seitlich auseinandergezogen: Links der Heißgasmotor zu Beginn seines Arbeitshubs, mit dem linken Verdichter, dieser zu Beginn seines Verdichtungshubs, rechts der Heißgasmotor zu Ende seines Arbeitshubs, mit dem rechten Verdichter in der Verdichtungs-Endlage. Als Mittel, Kraftangebot und Kraftbedarf weitgehend aufeinander abzustimmen, dient hier das Rautengetriebe 26, das über Pleuel 27 die gegenläufigen Verdichter-Puffer-Stufenkolben 28 antreibt. Beheizung, Luftvorwärmer, Wärmetauscher, Verdichterventile, Saug- und Druckleitungen sind nicht dargestellt. Zu Beginn des Arbeitshubs steht die Raute 26 hoch und schmal, linke Bildhälfte, übersetzt ins schnelle und setzt dem Heißgasmotor-Kolben 3 trotz noch geringer Kraftaufnahme dar Verdichter 25, wozu allerdings noch die fast gleichbleibende Kraftaufnahme der Puffer kommt, doch eine genügend hohe Gegenkraft entgegen, die bewirkt, daß sich nach dem Fallen des Verdrängers 4 derFIG. 4 shows the hot gas engine in connection with two compressors 25 and buffers 23 each, again greatly simplified The picture is pulled apart: on the left the hot gas engine at the beginning of its working stroke, with the left one Compressor, this one at the beginning of its compression stroke, on the right the hot gas engine at the end of its working stroke the right compressor in the compression end position. The diamond gear 26 serves here as a means of largely coordinating the power supply and power requirement drives the counter-rotating compressor-buffer step piston 28 via connecting rod 27. Heating, air preheater, Heat exchangers, compressor valves, suction and pressure lines are not shown. At the beginning of the working stroke stands the diamond 26 high and narrow, left half of the picture, translates into fast and still sets the hot gas engine piston 3 in spite of it lower force absorption of the compressor 25, but this also includes the almost constant force absorption of the buffers comes, but a sufficiently high counterforce that causes the displacer 4 to fall

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Spitzendruck P. aufbauen kann. Um Kräfte und Massen auszubleichen ^ind hier zwei symmetrisch angeordnete Verdichter zweckmäßig. Die Stufenkolben 28 bewegen sich gegenläufig zum Motorkolben 3, wenn auch nicht mit genau derselben Geschwindigkeit. Wird die Raute 26 nach unten flachgedrückt, rechte Bildhälfte, übersetzt sie umgekehrt ins langsame und kann auch bei fallendem Druck im Heiß— gasmotor den gestiegenen Druck in den Verdichtern 25 einschließlich Puffern 23 noch überwinden. Die Verdichter sind zweckmäßig gekühlt, die Puffer 23 wärmegedämmt. Um in den Verdichtern 25 keinen schädlichen Raum zu verschenken, kann in der Symmetrieachse des Rautengetriebes 26 ein (nicht dargestellter) einstellbarer hart federnder Anschlag liegen, der das obere Rautengelenk oder unmittelbar den Kolben 3 in seiner tiefsten Stellung anhält und damit die Verdichtungs—Endlage der Verdichterkolben bestimmt. Die andere Endlage, Heißgasmotor-Kolben 3 oben, Verdichter-Puffer-Stufenkolben 28 unten, braucht nicht so genau angefahren werden. Sie ist erreicht, wenn sich alle Drücke (im Verhältnis der Kolbenflächen) wieder ausgeglichen haben, wenn der Heißgasmotor-Kolben 3 sozusagen mit letzter Kraft wieder oben angekommen ist. Die beiden Puffer 23 sind durch eine Druckausgleich-Leitung 29 mit einem Manometer 30 miteinander verbunden. Wie beim Pumpenantrieb, Bild 3, können auch hier Gasverluste des Heißgasmotors vom Pufferinhalt her ergänzt werden, wenn überall der gleiche Arbeitsstoff verwendet wird. Das ist aber bei dieser Ausführung nicht notwendig, da Heißgas— motor und Verdichter 25 räumlich voneinander getrennt liegen und der Heißgasmotor mit dem für ihn bestgeeigneten Arbeitsgas betrieben werden kann. Dagegen könnenPeak pressure P. can build up. In order to balance forces and masses, two symmetrically arranged compressors are useful here. The stepped pistons 28 move in the opposite direction to the engine piston 3, although not at exactly the same speed. If the diamond 26 is down flattened, right half of the picture, it translates the other way round to slow and can also be used with falling pressure in the hot— gas engine to overcome the increased pressure in the compressors 25 including buffers 23. The compressors are appropriately cooled, the buffers 23 are thermally insulated. In order not to waste any harmful space in the compressors 25, in the axis of symmetry of the diamond gear 26 an adjustable hard resilient stop (not shown), which stops the upper diamond joint or directly the piston 3 in its lowest position and thus the compression end position of the compressor piston is determined. The other end position, hot gas engine piston 3 at the top, Compressor-buffer-stepped piston 28 below does not need to be approached so precisely. It is achieved when all pressures (in relation to the piston areas) again have compensated when the hot gas engine piston 3 has, so to speak, reached the top again with the last force. the the two buffers 23 are connected to one another by a pressure equalization line 29 with a pressure gauge 30. As with Pump drive, Figure 3, gas losses from the hot gas engine can also be supplemented here from the buffer contents if the same substance is used everywhere. But this is not necessary with this version, because hot gas— motor and compressor 25 are spatially separated from each other and the hot gas engine can be operated with the working gas that is most suitable for it. Against it can

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isis

die Puffer 23 das Kältemittel enthalten, unter höherem als dem Verdichterdruck. Dazu sollte in den Puffern 23 eine Temperatur eingehalten werden, die höher liegt als die dem Pufferdruck entsprechende Kondensationstemperatur, um Verflüssigung des Kältemittels und Flüssigkeitschläge zu verhindern. Das Kältemittel kann auch flüssig in die wärmegedämmten Puffer 23 eingefüllt und durch hier nicht gezeichnete innere Beheizung auf den gewünschten Druck gebracht und geregelt werden. Erfindungsgemäß ist dies ein einfaches Mittel, den für das störungsfreie Laufen freischwingender Kolben wichtigen Pufferdruck genau einzuhalten.the buffers 23 contain the refrigerant at a pressure higher than the compressor pressure. For this purpose, 23 a temperature is maintained that is higher than the condensation temperature corresponding to the buffer pressure, to prevent liquefaction of the refrigerant and liquid hammer. The refrigerant can also be liquid in the thermally insulated buffer 23 filled and not shown here inner heating to the desired pressure be brought and regulated. According to the invention, this is a simple means of precisely adhering to the buffer pressure, which is important for the trouble-free running of freely swinging pistons.

Ein Schalter 31 kann zur Regelung von Drücken dienen. Wird er von aufwärtsgehenden Getriebeteilen nicht oder nur selten angestoßen, so kann dies als Signal gelten, den Pufferdruck zu vermindern oder/und den Heißgasmotor-Druck zu erhöhen. Wird der Schalter 31 umgekehrt zu häufig angetippt, so ist der Pufferdruck zu erhöhen oder der Motordruck zu senken.A switch 31 can be used to regulate pressures. Is it not or only from upwardly moving gear parts seldom triggered, this can be used as a signal to reduce the buffer pressure and / or to increase the hot gas engine pressure. If the switch 31 is reversed tapped frequently, the buffer pressure has to be increased or the motor pressure has to be decreased.

Die Querkräfte sind im Heißgasmotor gleich Null, solange die Kraftaufnahme der beiden Verdichter 25 mit ihren Puffern 23 gleich bleibt, in den Verdichtern und Puffern bei geeigneter Geometrie der Schwingen und Pleuel nahe Null. Querkräfte im Heißgasmotor können auch bei störungsbedingter ungleicher Kraftaufnahme der Verdichter ganz ausgeschaltet werden, wenn beispielsweise das untere gehäusefeste Rautengelenk 32 durch zwei nebeneinanderliegende Gelenke ersetzt wird, aus dem Viergelenk-Getriebe also ein Fünfgelenk-Getriebe entsteht, und wenn die beiden Doppel schwingen 33 durch ein Zahnrad- oder Zahnsegment-The transverse forces in the hot gas engine are equal to zero as long as the force absorption of the two compressors 25 with their buffers 23 remains the same, in the compressors and buffers with a suitable geometry of the rockers and connecting rods close to zero. Lateral forces in the hot gas engine can be completely eliminated even if the compressors take up unequal forces due to faults be switched off, for example, if the lower rhombus joint 32 fixed to the housing is replaced by two joints lying next to one another, from the four-bar gear So a five-bar gear is created, and when the two doubles swing 33 through a gear or tooth segment

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Paar synchronisiert werden. Dies wird aber als übertriebene Vorsichtsmaßnahme angesehen und ist deshalb nicht gezeichnet.Pair to be synchronized. However, this is viewed as an exaggerated precaution and therefore is not drawn.

Noch genauer als mit dem Rautengetriebe können Kraftangebot und Kraftbedarf mit dem Kurvenkeil in Übereinstimmung gebracht werden, Fig. 5. Alle Gehäuseteile sind weggelassen, nur die bewegten Triebwerkteile sind gezeichnet, in der linken Bildhälfte zu Beginn, in der rechten zu Ende des Arbeitshubs. Der Heißgasmotor-Kolben 3 ist unten mit dem Kurvenkeil 34 verbunden. Um zwei gehäusefeste Achsen 35 drehen sich zwei Dreieckschwingen 36, durch Pleuel 27 mit dem Verdichter-Puffer-Stufenkolben 28 verbunden. Unten tragen die Dreieckschwingen 36 Laufrollen 37, über die sie vom Kurvenkeil 34 zu seitlichem Ausschwingen angetrieben werden. Ein einstellbarer hart federnder Anschlag 38 kann die Endlage vor allem der Verdichterkolben begrenzen. Für die Querkräfte gilt das gleiche wie das zum Rautengetriebe, Bild 4, gesagte. Auch hier könnten, als allerletzte Sicherheit, die beiden Dreieckschwingen 36 durch ein (nicht gezeichnetes) Zahnradpaar miteinander synchronisiert werden. Eine sorgfältig ermittelte Kurvenform macht jegliche dynamisch-* Kraftspeicherung überflüssig und ermöglicht der Einheit, auch sehr langsam zu laufen. The power supply and power requirement can be brought into agreement with the cam wedge even more precisely than with the diamond gear, Fig. 5. All housing parts are omitted, only the moving engine parts are drawn, in the left half of the picture at the beginning, in the right half at the end of the working stroke. The hot gas engine piston 3 is connected at the bottom to the cam wedge 34. Two triangular rockers 36 rotate around two axles 35 fixed to the housing and are connected to the compressor-buffer-stepped piston 28 by connecting rods 27. At the bottom, the triangular rockers 36 carry rollers 37, via which they are driven by the cam wedge 34 to swing out to the side. An adjustable hard resilient stop 38 can limit the end position of the compressor piston in particular. The same applies to the transverse forces as what was said about the diamond gear, Figure 4. Here too, as a last resort, the two triangular rockers 36 could be synchronized with one another by a pair of gears (not shown). A carefully determined curve shape makes any dynamic * force storage superfluous and enables the unit to run very slowly.

Schließlich wird in Fig. 6 der neue Heißgasmotor noch mit einem einzylindrigen Verdichter in Tandem-Anordnung gezeigt. Der Verdränger 4 ist gerade angehoben. Die erwünschte, aber dem Verdichter fehlende höhere Gegenkraft zu Beginn des Arbeits- und Verdichtungshubs wird hierFinally, in FIG. 6, the new hot gas engine is also shown with a single-cylinder compressor in a tandem arrangement shown. The displacer 4 has just been raised. The desired, but lacking, higher counterforce for the compressor at the beginning of the work and compression stroke is here

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dadurch erzwungen, daß um gehäusefeste Achsen 35 schwingende gegenläufige Ausgleichsgewichte 39 durch Koppeln anfangs unter stumpfem Winkel und ins schnelle übersetzend, später unter spitzerem Winkel und ins langsame übersetzend angetrieben werden. Die linke Bildhälfte zeigt wieder den Beginn, die rechte das Ende des Arbeits— Verdichtungshubs. Heißgasmotor-Kolben 3, Verdichterkolben und Pufferkolben 42 bilden zusammen einen dreifachen Stufenkolben. Die Einheit ist vollkommen querkraftfrei. IM der Gefahr zu begegnen, daß der Verdichterkolben 41 an seinen Zylinderdeckel anschlägt, solang sich die Druckregelung für Heißgasmotor, Verdichter und Puffer, etwa nach dem Anlassen oder nach Betriebspausen noch nicht eingespielt hat, ist zwischen Kolben und Deckel eine Federung vorgesehen, etwa eine Tellerfeder 43 oder eine /nicht gezeichnete) gummielastische Scheibe. Wieder kann ein Schalter 31, wie zu Fig. 4 erklärt, bei der Druckregelung helfen. 44 und 45 sind Saug- und Druckleitung des Verdichters. Forced by the fact that counter-rotating counterweights 39 oscillating about axles fixed to the housing 35 are driven by coupling initially at an obtuse angle and translating quickly, later translating at an acute angle and slowly. The left half of the picture shows the beginning, the right the end of the working compression stroke. Hot gas engine piston 3, compressor piston and buffer piston 42 together form a triple step piston. The unit is completely free of transverse forces. To counter the risk that the compressor piston 41 hits its cylinder cover, as long as the pressure control for the hot gas engine, compressor and buffer has not yet worked properly after starting or after a break in operation, a spring system, such as a disc spring, is provided between the piston and cover 43 or a / not shown) rubber-elastic washer. Again, a switch 31, as explained in relation to FIG. 4, can help with the pressure regulation. 44 and 45 are suction and pressure lines of the compressor.

Fig. 7 zeigt eine noch gedrängtere Ausführungsform, bei der die Ausgleichsgewichte 39 im Pufferraum 23 schwingen. Hier wird allerdings beim Aufwärtshub verdichtet. Die Antriebskraft fließt nicht unmittelbar zum Verdichter, sondern über den Puffer. Die linke Bildhälfte zeigt wieder den Beginn, die rechte das Ende des Heißgasmotor-Antriebshubs, für den Verdichter jedoch ist diesmal rechts Beginn, links Ende des Verdichtungshubs. Die wesentliche Vereinfachung besteht darin, daß nur noch zwei Gleitdichtungen, Heißgasmotor gegen Verdichter und Verdichter gegen Puffer, erforderlich sind, womit die Durchblasverluste auf den Geringstwert zurückgehen. Auch der Druckunterschied7 shows an even more compact embodiment in which the counterweights 39 oscillate in the buffer space 23. Here, however, there is compression on the upstroke. The driving force does not flow directly to the compressor, but instead over the buffer. The left half of the picture shows the beginning, the right the end of the hot gas engine drive stroke, for the compressor, however, this time the beginning of the compression stroke is on the right and the end of the compression stroke on the left. The main simplification is that only two sliding seals, hot gas engine against compressor and compressor against Buffers, are required, with which the blow-through losses go back to the lowest value. Also the pressure difference

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Puffer 23 gegen Verdichter 25 hat sich gegenüber Fig. 6 vermindert. Überdies gehört zu dieser Ausführungsform die überhaupt kleinstmögliche Masse für den Stufenkolben, bestehend aus Heißgasmotorkolben 3 und Verdichterkolben (= Pufferkolben) und damit auch für alle schwingenden Teile. Ist ein Kältemittelverdichter anzutreiben, so sollte auch der Heißgasmotor mit dem (hier temperaturbeständigen ) Kältemittel betrieben werden. Der untere Kolbenumkehrpunkt muß nur annähernd eingehalten werden. Dagegen muß durch gute Regelung von Heißgasmotor-Druck und Pufferdruck der obere Kolbenumkehrpunkt möglichst genau angefahren werden, um einerseits Anschlagen des Verdichterkolbens zu vermeiden und andererseits das verdichtete Gas möglichst vollständig auszuschieben. Für alle Fälle kann ein in waagrechter Richtung hart federnder, sich selbst mittig einstellender, in seiner Länge einstellbarer Anschlag 46 bewirken, daß im Fall zu großer Wucht beim Aufwärtshub beide Ausgleichgewichte 39 gleichzeitig, ohne Kolbenquerkräfte hervorzurufen, anschlagen und den Verdichterkolben 41 in der obersten gerade noch zulässigen Stellung anhalten. Bei gelegentlichem Anschlagen betrifft die Verzögerung im Wesentlichen nur die Ausgleichgewichte. Der gegen den höchsten Verdichtungsdruck arbeitende Verdichterkolben kommt ja infolge des jetzt ins langsame untersetzenden Getriebes mit einer sich Null nähernden Geschwindigkeit an seiner oberen Endlage an.Buffer 23 versus compressor 25 has decreased compared to FIG. 6. It also belongs to this embodiment the smallest possible mass for the stepped piston, consisting of hot gas engine piston 3 and compressor piston (= Buffer piston) and therefore also for all vibrating parts. If a refrigerant compressor is to be driven, it should the hot gas engine can also be operated with the (here temperature-resistant) refrigerant. The lower piston reversal point only has to be observed approximately. Against it the upper piston reversal point must be approached as precisely as possible through good control of the hot gas engine pressure and buffer pressure, in order to avoid impacting the compressor piston on the one hand and the compressed piston on the other To push out gas as completely as possible. In all cases, a hard springing in the horizontal direction can be self-centering, adjustable-length stop 46 have the effect that in the event of excessive force during the upstroke, both counterweights 39 strike simultaneously, without causing piston transverse forces, and stop the compressor piston 41 in the uppermost just permissible position. In the event of an occasional impact, the delay essentially only affects the counterweights. The one against the highest compression pressure working compressor piston comes with a zero as a result of the now slowly reducing gearbox approaching speed at its upper end position.

In Fig. 8 ist als Beispiel dargestellt, wie im Zusammenhang mit den vorgegebenen Erläuterungen erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise ein zweistufiger Verdichter ausführbar wird. Der Motorkolben 3 setzt sich in eine KolbenstangeFIG. 8 shows as an example how according to the invention in connection with the given explanations a two-stage compressor can be carried out in an advantageous manner. The motor piston 3 is seated in a piston rod

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fort, die an ihrem unteren Ende einen zusätzlichen Verdichterkolben 48 trägt. Ausgehend von der oberen Stellung, rechts gezeigt, wird das Motorarbeitsgas von "kalt" nach "heiß" in bereits beschriebener Weise gesteuert. Nachdem es damit seinen Druck erhöht hat, schiebt es die Kolben-Kolbenstangenkombination 3, 47 und 48 in die links gezeigte untere Stellung. Dabei saugt der Verdichterkolben 48 über das Saugventil 49 an. Gleichzeitig schiebt die Kolbenstangenseite des Motorkolbens 3 über das Auslaßventil 50 aus. Nun wird das Motorarbeitsgas von "heiß" nach "kalt" gesteuert, infolgedessen sinkt sein Druck, und der im Pufferraum 23 geeignet eingestellte Druck kann die Kolben-Kolbenstangenkombination 3, 47 und 48 wieder in die rechts gezeigte obere Stellung zurückschieben. Dabei wird aus dem Niederdruckverdichterraum 5i Gas in den Hochdruckverdichterraum 52 durch die Überströmventile 53 und 54 überführt und entsprechend dem Verhältnis der Volumina 51 und 52 zwischenverdichtet. Selbstverständlich kann zwischen den Überströmventilen 53 und in üblicher Weise ein Zwischenkühler angeordnet werden. Ebenso kann die Anordnung z.B. für Wärmepumpenbetrieb so benutzt werden, daß die Verdichterräume 51 und 52 mit ihren Ventilen getrennte Kühlmittelkreisläufe betreiben und so auf einfachste Art die Wärmewandlung in eine Kaskade aufgelöst wird. Schließlich kann die gezeigte Anordnung ohne weiteres zur Ausgleichung eventueller Schwierigkeiten aus Kraftangebot und Kraftbedarf zwischen Motor- und Verdichterteil mit z.B. den Ausgleichsgewichten und ihren Triebteilen aus Bild 6 und 7 kombiniert werden.away, which carries an additional compressor piston 48 at its lower end. Starting from the upper position, shown on the right, the engine working gas is from "cold" to "hot" controlled in the manner already described. After increasing its pressure with it, it pushes the piston-piston rod combination 3, 47 and 48 into the lower position shown on the left. Included The compressor piston 48 sucks in via the suction valve 49. At the same time, the piston rod side of the Engine piston 3 via exhaust valve 50. Now the engine working gas is controlled from "hot" to "cold", as a result, its pressure drops, and the pressure appropriately set in the buffer space 23 can return the piston-piston rod combination 3, 47 and 48 to the Slide back the upper position shown on the right. This is from the low pressure compression chamber 5i gas into the High pressure compressor chamber 52 transferred through the overflow valves 53 and 54 and according to the ratio of the volumes 51 and 52 are compressed. Of course, between the overflow valves 53 and an intercooler can be arranged in the usual way. The arrangement can also be used e.g. for heat pump operation be used in such a way that the compression chambers 51 and 52 with their valves operate separate coolant circuits and thus the heat conversion in the simplest possible way is dissolved into a cascade. Finally, the arrangement shown can easily be used to compensate for possible difficulties arising from the power supply and power requirement between the motor and the compressor part with, for example, the Balance weights and their drive parts from Fig. 6 and 7 can be combined.

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Fig, 9 zeigt im Ausschnitt, wie die erfindungsgemäße Bewegung des Verdrängers 4 durch elektromagnetische Mittel mit einem elektrischen Wanderfeld ausgeführt wird. Dazu ist die Einzelspule 6 aus Fig. 2 in z.B. 3 Spulen 55, 56 und 57 aufgeteilt. Dies können auch in vom "Linearmotor" her bekannter Weise mehr Spulen sein. Der Verdränger 4 ist mit Induktionsringen 64 in einem Magnetschlußkörper ausgerüstet. Die Induktionsringe 64 können auch in wiederum vom "Linearmotor" her bekannter Weise durch ein z.B. Kupferrohr ersetzt werden. Ausgehend von der rechts gezeigten oberen Stellung des Verdrängers 4 werden nacheinander die Schalter 61, 62 und 63 kurzzeitig an z.B. Kondensatoren 58', 59 und 6o geschlossen, wobei ein von oben nach unten laufendes Wanderfeld erzeugt wird, das den Verdränger 4 nach unten bewegt. Mit umgekehrter Schalterschließfolge kann umgekehrt bewegt werden. Das elektromagnetische Wanderfeld kann auch mehrfach nacheinander erzeugt werden oder z.B. aus einem Drehstromgenerator passender Frequenz gespeist werden.Fig. 9 shows in detail how the inventive movement of the displacer 4 by electromagnetic means is carried out with a traveling electric field. For this purpose, the individual coil 6 from Fig. 2 is in, for example, 3 coils 55, 56 and 57 split. This can also be more coils in a manner known from the "linear motor". The displacer 4 is equipped with induction rings 64 in a magnetic lock body. The induction rings 64 can also in turn can be replaced by a copper pipe, for example, as is known from the "linear motor". Starting from the one shown on the right In the upper position of the displacer 4, the switches 61, 62 and 63 are briefly connected to, for example, capacitors 58 ', 59 and 6o are closed, with a traveling field running from top to bottom being generated, which causes the displacer 4 moved down. If the switch closing sequence is reversed, the movement can be reversed. The electromagnetic traveling field can also be generated several times in succession or e.g. fed from a three-phase generator of a suitable frequency.

Fig. tO zeigt im Ausschnitt beispielhaft, wie die erfindungsgemäße Bewegung des Verdrängers 4 durch ferromagnetische Ringe 66 und 67 an seinen Enden hervorgerufen wird. Ausgehend von der rechts gazeigten oberen Stellung des Verdrängers 4 wird der Schalter 68 an eine geeignete Stromquelle z.B. Kondensator 7o geschlossen. Das damit entstehende Magnetfeld bewegt den Verdränger 4 nach unten. Hat er etwa seinen halben Weg zurückgelegt, so wird der Schalter 68 geöffnet, wonach sich der Verdränger 4 mit Massewirkung bis zur Anlage an den Motorkolben 3 weiterbewegt. Beide zusammen bewegen sich infolge der nun erfolgten Zustands-FIG. 10 shows an example of how the movement of the displacer 4 according to the invention is carried out by ferromagnetic Rings 66 and 67 at its ends. Starting from the upper position of the displacer 4 shown on the right, the switch 68 is connected to a suitable power source, e.g. capacitor 7o. The resulting Magnetic field moves the displacer 4 downwards. When it has covered approximately half its way, the switch 68 opened, after which the displacer 4 moves on with the effect of a mass until it rests on the motor piston 3. Both move together as a result of the state-

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änderung des Arbeitsgases nach unten in die links gezeigte Stellung. Nun wird der Schalter 69 geschlossen und das wiederum entstehende Magnetfeld bewegt den Verdränger 4 nach oben. Diese Bewegung geht über einen größeren Hub als die vorbeschriebene, bedarf also höherer elektrischer Antriebsleistung. Deshalb schließt der Schalter 69 an z.B. 2 Kondensatoren 71. Auch für diese Bewegung gilt, daß nach etwa der Hälfte des erforderlichen Verdrängerhubes das Magnetfeld abgeschaltet wird, wonach der Hubrest unter Massewirkung zurückgelegt wird.Change of the working gas down to the position shown on the left. Now the switch 69 is closed and that The resulting magnetic field moves the displacer 4 upwards. This movement goes over a larger stroke than the one described above, so requires higher electrical drive power. Therefore switch 69 connects to e.g. 2 capacitors 71. It also applies to this movement that after about half of the required displacement stroke the Magnetic field is switched off, after which the remaining stroke is covered under the action of mass.

Fig. 11 zeigt im Ausschnitt beispielhaft, wie die erfindungsgemäße Bewegung des Verdrängers 4 durch Kurzschlußringe 72 und 73 an seinen Enden hervorgerufen wird. Bis auf die Wirkung dieser Kurzschlußringe 72 und 73, die durch Kurzschlußinduktion ein Gegenmagnetfeld hervorrufen und nicht in die Spule 6 hineingezogen, sondern hinausgeschoben werden und deshalb in beiden Endstellungen über Spulenmitte eingeschoben bleiben müssen, ist die Funktion die gleiche wie zu Fig. Io beschrieben.Fig. 11 shows an example of how the movement according to the invention of the displacer 4 is caused by short-circuit rings 72 and 73 at its ends. To on the effect of these short-circuit rings 72 and 73, which cause an opposing magnetic field by short-circuit induction and not drawn into the coil 6, but pushed out and therefore in both end positions over If the center of the reel must remain inserted, the function is the same as described for Fig. Io.

Für Fig. Io und 11 gilt gleichermaßen, daß die angedeuteten, aus einer nicht gezeigten beliebigen Quelle geladenen Kondensatoren 7o und 71 durch andere Stromquellen ersetzt werden können. Sie haben jedoch den Vorteil spezifischer Eignung zur Bereitstellung kurzzeitiger hoher Stromstöße und können leicht mit der Induktivität der Spule 6 und zwangsläufig gegebenen Ohm'sehen Widerständen des Kreises so abgestimmt werden, daß die Schalter 68 und 69 nicht bei vollem Stromfluß oder sogar erst nach völliger Entladung der Kondensatoren geöffnet werden.For Fig. Io and 11 applies equally that the indicated, capacitors 7o and 71 charged from any source (not shown) are replaced by other current sources can be. However, they have the advantage of specific suitability for providing short-term high current surges and can easily be seen with the inductance of the coil 6 and inevitably given ohms resistances of the circuit be tuned so that the switches 68 and 69 do not flow with full current or even only after complete discharge the capacitors are opened.

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Fig. 12 und 13 zeigen am Verdränger 4 einen Dauermagneten Außerdem ist eine Schraubenfeder 82, hier in einem Ringspalt den Motorkolben 3 umschließend, im Zylinder angeordnet. Dauermagnet 74 und Schraubenfeder 82 wirken so zusammen, daß nur noch die kurze Verdrängerbewegung elektromagnetisch ausgelöst werden muß. In Fig. 12 befinden sich Verdränger 4 und Motorkolben 3 in ihrer obersten Stellung "Arbeitsgas kalt verdichtet". In dieser Ausgangsstellung bewirkt der Dauermagnet 74 über den jetzt als Polschuh wirkenden Eisenring 75 am Verdränger 4, daß dieser nach oben gezogen bzw. dort festgehalten wird, falls die Schraubenfeder 82, wie beispielhaft gezeigt, die Stellung nicht erzwingt.12 and 13 show a permanent magnet on the displacer 4. In addition, a helical spring 82, here enclosing the motor piston 3 in an annular gap, is arranged in the cylinder. Permanent magnet 74 and coil spring 82 act in this way together that only the short displacement movement has to be triggered electromagnetically. In Fig. 12 are located The displacer 4 and the motor piston 3 are in their uppermost position "working gas cold compressed". In this starting position, the permanent magnet 74 now acts as Pole shoe acting iron ring 75 on the displacer 4, that this is pulled up or held there, if the coil spring 82, as shown by way of example, does not force the position.

Erhält die Spule 6 einen Stromimpuls, wird durch das entstehende elektromagnetische Feld der Verdränger 4 nach unten gegen den Motorkolben 3 geführt. Dabei wird die Schraubenfeder 82 leicht vorgespannt bis der Dauermagnet 74 auf dem Motorarbeitskolben 3 haftet. Zugleich wird er auf höchste Feldstärke aufgefrischt. Bei der nun folgenden Bewegung des Motorkolbens 3 mit Verdränger 4 nach unten wird die Schraubenfeder 82 weiter vorgespannt bis die Stellung in Fig. 13 erreicht ist. Hier liegen die Windungen der Schraubenfeder 82 aufeinander, sie ist also hoch vorgespannt und kann nicht mehr weiter zusammengedrückt werden. Eine geringfügige Weiterbewegung des Motorkolbens 3 genügt, um die magnetische Haftung des Verdrängers 4 am Motorkolben 3 aufzuheben. Die nun hoch vorgespannte Schraubenfeder 82 bewegt den Verdränger 4 schnell vom Motorkolben 3 hinweg und bewirkt die Rückführung in die Ausgangsstellung nach Fig. 12.If the coil 6 receives a current pulse, the displacer 4 is moved by the resulting electromagnetic field guided down against the engine piston 3. The coil spring 82 is slightly pretensioned until the permanent magnet 74 adheres to the engine working piston 3. At the same time, it is refreshed to the highest field strength. With the now following Movement of the motor piston 3 with displacer 4 down, the coil spring 82 is further biased until the Position in Fig. 13 is reached. Here the turns of the helical spring 82 lie on top of one another, so it is high pretensioned and can no longer be compressed. A slight further movement of the engine piston 3 is sufficient to cancel the magnetic adhesion of the displacer 4 to the motor piston 3. The now highly biased Helical spring 82 moves the displacer 4 quickly away from the motor piston 3 and causes it to be returned to the Starting position according to FIG. 12.

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In Fig. 12 und 13 sind des weiteren kurze Zohlzylinder 76 und 77, mit diesen zusammenwirkende kurze Kolben 78 und 79, sowie in diesen angeordnete Federn 8o und 81 dargestellt. Diese Teile bilden Anschlagdämpfer für die Bewegungsendlagen des Verdrängers 4. Befindet sich dieser z.B. in seiner Bewegung gegen den Arbeitskolben 3, so taucht kurz vor dem Anschlag der kurze Kolben 79 in den Zylinder 77 ein. Der Ringspalt zwischen kurzem Kolben und Wandung des kurzen Zylinders 77 ist so gewählt, daß das eingefangene Arbeitsgas nur unter Überwindung eines entsprechend starken Strömungswiderstandes entweichen kann. Die Bewegung des Verdrängers 4 wird also kurz vor dem Anschlag abgebremst. Die kurzen Kolben 78 und 79 können auch ganz oder teilweise konisch ausgebildet sein. Es läßt sich so die Dämpfung beeinflussen. Die Federn und 81 sind vorgesehen, um beim jeweiligen Bewegungsbeginn des Verdrängers 4 nicht unnütz Leistung zu vergeuden. Sie ermöglichen ein kurzzeitiges Abheben der kurzen Kolben 78 bzw. 79 von deren Auflagefläche und damit einen freien Gaszustrom in den Dämpfraum. Der Dauermagnet kann auch als Gummimagnet aus Magnetpulver in weicher Bindemasse ausgebildet sein und dient dann selbst als Anschlagpuffer .In Figs. 12 and 13 there are also short Zohl cylinders 76 and 77, short pistons 78 and 79 cooperating with these, as well as springs 8o and 81 arranged in these are shown. These parts form stop dampers for the movement end positions of the displacer 4. If this is located e.g. in its movement against the working piston 3, shortly before the stop the short piston 79 plunges into the Cylinder 77 a. The annular gap between the short piston and the wall of the short cylinder 77 is chosen so that the trapped working gas can only escape by overcoming a correspondingly strong flow resistance can. The movement of the displacer 4 is therefore braked shortly before the stop. The short pistons 78 and 79 can also be completely or partially conical. The damping can be influenced in this way. The feathers and 81 are provided in order not to waste power at the beginning of each movement of the displacer 4. They allow the short pistons 78 and 79 to be lifted briefly from their support surface and thus a free gas flow into the steaming chamber. The permanent magnet can can also be designed as a rubber magnet made of magnetic powder in a soft binding compound and then itself serves as a stop buffer.

Die Schraubenfeder 82 kann bei der beschriebenen Ausführungsform mit Dauermagnet auch in Wegfall kommen, wenn die Bewegung des Verdrängers 4 nach oben ebenfalls durch einen elektromagnetischen Impuls eingeleitet und ausgeführt wird. Es ist dann lediglich auch das obere Ende des Verdrängers 4 mit einem Eisenring auszustatten. Der Dauermagnet 74 bewirkt dann, daß sich der Verdränger 4In the described embodiment with a permanent magnet, the helical spring 82 can also be omitted if the upward movement of the displacer 4 is also initiated and carried out by an electromagnetic pulse. It is then only the top end as well to equip the displacer 4 with an iron ring. The permanent magnet 74 then causes the displacer 4

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auch dann zusammen mit dem Arbeitskolben 3 nach unten bewegt, wenn dieser eine Beschleunigung über 1 erfährt, oder wenn das Gerät in umgekehrter "oben - unten" -Richtung oder waagerecht betrieben wird. Es können auch beide Ausstattungen gleichzeitig vorgesehen sein. Für den normalen Betrieb genügt dann die Wirkung des Dauermagneten und der Schraubenfeder. Der Eisenring am oberen Ende des Verdrängers 4 steht sicherheitshalber dann zur Verfugung, wenn etwa in einem kurbellosen Freiflugverdichter beim Anlassen der Arbeitskolben sich nicht ganz nach unten bewegt haben sollte, so daß das Spiel von Magnet und Schraubenfeder nicht ausgelöst wurde. also then moved downwards together with the working piston 3 when it experiences an acceleration above 1, or when the device is operated in the reverse "up - down" direction or horizontally. Both equipment can also be provided at the same time. The permanent magnet and the helical spring then suffice for normal operation. The iron ring at the upper end of the displacer 4 is available to be on the safe side if, for example, in a crankless free-flight compressor when starting the working piston should not have moved all the way down, so that the game of magnet and coil spring was not triggered.

Eine besondere Ausfuhrungsform der Erfindergedanken, nämlich als Förderer ohne Arbeitskolben ist in Fig. 14 dargestellt. Die Spule 6 erzeugt wiederum ein kurzzeitiges Magnetfeld, das bei etwa halbem Hub des Verdrängers 4 abgeschaltet wird. Bei der Bewegung wird die Schraubenfeder 82 gespannt. Im Endabschnitt der Bewegung des Verdrängers 4 nach unten erfaßt dieser einen Ventilschieber 83 und verschiebt ihn unter Spannen seiner Feder 84 nach unten. Dabei werden Durchlässe 85, zum Beispiel in Gestalt radial angeordneter Bohrungen im Zylindergehäuse freigegeben. Das durch Temperati.rerhöhung druckerhohte Arbeitsgas tritt in einen Sammelkanal 86, den es durch einen Auslaßstutzen 87 verläßt. Dazu strömt es unter weitgehender Abgabe seiner Wärme durch die Durchlässe 11 des Verdränger-Wärmetauschers 4 und die mit diesen korrespondierenden Durchlässen 88 im Eisenring 89. Gleichzeitig hält das Gas durch die aus dem gegebenen Strömungswiderstand resultierende Kraft die Federn 82 und 84 unter Vorspannung bis dieA special embodiment of the inventive idea, namely as a conveyor without a working piston is shown in FIG. The coil 6 in turn generates a short-term Magnetic field that is switched off at approximately half the stroke of the displacer 4. When moving, the coil spring 82 excited. In the end portion of the movement of the displacer 4 downwards, it detects a valve slide 83 and moves it down while tensioning its spring 84. Thereby passages 85, for example in shape released radially arranged bores in the cylinder housing. The working gas, which is pressurized by increasing the temperature, enters a collecting duct 86, which it leaves through an outlet connection 87. In addition, it flows under more extensive Release of its heat through the passages 11 of the displacement heat exchanger 4 and the corresponding ones Passages 88 in the iron ring 89. At the same time, the gas keeps the springs 82 and 84 under tension until the force resulting from the given flow resistance

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thermodynamische Energie erschöpft ist. Dann können sich die Federn entspannen. Dabei schließt die Feder 84 den Ventilschieber 83 und die Schraubenfeder 82 bewegt den Verdränger 4 in seine Anfangsstellung zurück. Der Restgasinhalt aus dem Heizkörper passiert die Durchlässe 11 unter Wärmeabgabe, verläßt sie in rotierender Wirbelbewegung in den Kaltraum und kühlt dort unter weiterer Drucksenkung weiter ab. Ein Einlaßventil 9o öffnet und über einen Einlaßstutzen 91 tritt eine neue Füllung ein. Ein weiteres Arbeitsspiel kann eingeleitet werden.thermodynamic energy is exhausted. Then you can relax the springs. The spring 84 closes the valve slide 83 and the coil spring 82 moves the Displacer 4 back to its initial position. The residual gas content from the radiator passes through the passages 11 while giving off heat, it leaves it in a rotating whirling motion into the cold room and cools there under further Pressure drop continues. An inlet valve 9o opens and a new filling occurs via an inlet connection 91 a. Another work cycle can be initiated.

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Claims (35)

Pa tentansprüchePatent claims Von außen beheizter Heißgasmotor, dadurch gekennzeichnet, daß ein leichter Verdränger, der gleichzeitig Wärmetauscher sein kann, durch außerhalb des Zylinders erzeugte Magnetfelder bewegt wird, die durch eine dünne Zylinderwand hindurch auf magnet isierbare Teile des Verdrängers einwirken.Externally heated hot gas engine, characterized in that a light displacer, which can also be a heat exchanger, is moved by magnetic fields generated outside the cylinder, which are caused by a thin Cylinder wall through on magnetizable parts of the Act displacer. 2. Heißgasmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der leichte Verdränger aus einem oben dünnwandigen, nach unten stärker werdenden Zylinder aus magnetisch beeinflußbarem Werkstoff besteht, mit einer gewissen Materialanhaufung in dem Teil, der in angehobenem Zustand im Kern des Magnetfelds festgehalten wird.2. Hot gas engine according to claim 1, characterized in that the light displacer consists of a thin-walled top, downwardly stronger cylinder made of magnetic influenceable material exists, with a certain Material accumulation in the part that is in raised State is held in the core of the magnetic field. 3. Heißgasmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder bevorzugt senkrecht steht.3. Hot gas engine according to claim 1 and 2, characterized in that the cylinder is preferably vertical. 4. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er häufig ohne Kurbeltrieb, mit freischwingendem Kolben arbeitet und daß dieser, meist ganz oder annähernd frei von Querkräften, unmittelbar oder über einfachste Getriebe mit schwingenden Teilen der anzutreibenden Maschinen verbunden ist.4. Hot gas engine according to claims 1 to 3, characterized in that it often works without a crank drive, with a freely swinging piston and that this, mostly completely or almost free of transverse forces, directly or via the simplest gears with vibrating parts connected to the machines to be driven. 5. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Stromkreise zum Erzeugen von5. hot gas engine according to claims 1 to 4, characterized in that the or the circuits for generating -/29- / 29 909846/0296909846/0296 Magnetfeldern zur Verdrängerbewegung von drehenden oder schwingenden Teilen des Heißgasmotors oder der angetriebenen Maschine (Eigensteuerung) oder von einem drehzahlregelbaren Zeitschaltwerk (Fremdsteuerung) ein- und ausgeschaltet werden.Magnetic fields for the displacement movement of rotating or vibrating parts of the hot gas engine or the driven machine (internal control) or of one speed-adjustable timer (external control) can be switched on and off. 6. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 und 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von außerhalb des Zylinders angeordneten einzelnen Spulen zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wanderfelds vorgesehen sind.6. hot gas engine according to claims 1 and 3 to 5, characterized in that a plurality of outside of the Cylinder arranged individual coils are provided for generating a traveling electromagnetic field. 7. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 und 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Impulsumkehrung vorgesehen sind.7. hot gas engine according to claims 1 and 3 to 6, characterized in that means are provided for pulse reversal. 8. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 und 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit impulsgeschaltetem Strom beaufschlagte Spule außerhalb des Zylinders vorgesehen ist und der Verdränger mit ferromagnetischen Teilen ausgestattet ist.8. hot gas engine according to claims 1 and 3 to 5, characterized in that one with pulse-switched Current-applied coil is provided outside the cylinder and the displacer is equipped with ferromagnetic parts. 9. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 und 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit impulsgeschaltetem Strom beaufschlagte Spule außerhalb des Zylinders vorgesehen ist und der Verdränger Kurzschlußleiter trägt.9. hot gas engine according to claims 1 and 3 to 5, characterized characterized in that a pulse-switched current is applied to the coil outside the cylinder is and the displacer carries short-circuit conductor. 10. Heißgasmotor nach Ansprüchen I bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer der einander zugewandten Stirnseiten von Verdränger und Arbeitskolben Dauermagnete angeordnet sind.10. hot gas engine according to claims I to 9, characterized in that at least one of each other facing end faces of the displacer and the working piston permanent magnets are arranged. -/30- / 30 909846/0288909846/0288 11. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis IQ, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder die Arbeit für die längere Verdrängerbewegung liefert.11. Hot gas engine according to claims 1 to IQ, characterized in that a spring does the work for delivers longer displacement movement. 12. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß beim Arbeitshub ein Puffer aufgeladen wird.12. Hot gas engine according to claims 1 to 11, characterized in that a buffer is charged during the working stroke. 13. Freischwingender, mit einem Verdichter gekuppelter Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenmasse größer bemessen wird, als Festigkeit, Dichtheit und Verschleiß es verlangen.13. Free-swinging, coupled to a compressor hot gas engine according to claims 1 to 12, characterized in that the piston mass dimensioned larger as strength, tightness and wear demand it. 14. Mit Verdichter gekuppelter freischwingender Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß gegenläufige Ausgleichgewichte vom Heißgasmotor-Kolben während des Arbeitshubs zuerst ins schnelle, dann ins langsame übersetzend bewegt werden.14. Free-swinging hot gas engine coupled to a compressor according to Claims 1 to 13, characterized in that that counter-rotating counterweights from the hot gas engine piston first move into the fast, then be moved into slow translation. 15. Frei schwingender, mit Verdichtern und Puffern verbundener Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß statt dynamischer Kraftspeicherung kinematische Mittel verwendet werden, um Kraftangebot und Kraftbedarf aufeinander abzustimmen, beispielsweise Rauten-, Kurvenkeil- oder ähnliche Getriebe, oder auch dynamische und kinematische Mittel nebeneinander.15. Freely oscillating, connected to compressors and buffers hot gas engine according to claims 1 to 12, characterized in that instead of dynamic force storage kinematic means are used to Coordinate power supply and power requirement, for example diamond, cam wedge or similar gears, or dynamic and kinematic means side by side. 16. Mit einem Verdichter verbundener freischwingender Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 12 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß mit kinematischen Mitteln die Bewegung16. Free-swinging hot gas engine connected to a compressor according to claims 1 to 12 and 15, characterized in that the movement is carried out with kinematic means -/31- / 31 909846/0286909846/0286 des Heißgasmotor-Kolbens zu Beginn des Arbeitshubs ins schnelle/ zu Ende des Arbeitshubs ins langsame übersetzend auf den Verdichterkolben fortgeleitet wird.of the hot gas engine piston at the beginning of the working stroke in fast / at the end of the working stroke in slow translating is forwarded to the compressor piston. 17. Heißgasmotor zum Antrieb von Kältemittelverdichtern nach Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß für Heißgasmotor, Verdichter und Puffer der gleiche Arbeitsstoff verwendet wird, wenn Arbeitsräume benachbart liegen und durch gleitende Dichtungen voneinander getrennt sind.17. hot gas engine for driving refrigerant compressors according to claims 1 to 16, characterized in that The same working material is used for hot gas engine, compressor and buffer if working spaces are adjacent and by sliding seals are separated from each other. 18. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß als gleichermaßen für Heißgasmotor, Kältemittelverdichter und Puffer verwendete hitzefeste Arbeitsstoffe wie Propan C-H₀, Propylen CH,18. Hot gas engine according to claims 1 to 17, characterized in that heat-resistant working materials such as propane CH ₀ , propylene CH, used equally for hot gas engine, refrigerant compressor and buffer JoYo JbJb Octafluorcyclobutan C F_n, Schwefelhexafluorid SF^ und Kohlendioxid CO eingesetzt werden.Octafluorcyclobutane CF _n , sulfur hexafluoride SF ^ and carbon dioxide CO can be used. 19. Hoißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 18, dadurch gekonnzeichnet, daß der niedrige Adiabatenexponent einiger solcher Schwergase dazu ausgenützt wird, größere Arbeitsflächen zu erzielen.19. Hoiss gas engine according to claims 1 to 18, characterized in that the low adiabatic exponent some of such heavy gases is used to achieve larger work surfaces. 20. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei räumlich auseinanderliegenden Zylindern für den Heißgasmotor ein inertes Gas, für den Kältemittelverdichter ein herkömmliches Kältemittel verwendet wird.20. Hot gas engine according to claims 1 to 16, characterized in that when spaced apart Cylinders for the hot gas engine an inert gas, for the refrigerant compressor a conventional refrigerant is used. -/32- / 32 909846/028R909846 / 028R 21. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die schnelle Bewegung des Verdrängers, während der Kolben in einer Endlage annähernd stillsteht, dazu ausgenutzt wird, dem theoretischen Kreisprozeß nahe zu kommen und eine große, wenig abgeflachte oder ovalisierte Arbeitsfläche mit ausgesprochenen Ecken zu verwirklichen.21. Hot gas engine according to claims 1 to 20, characterized in that the rapid movement of the displacer, while the piston is almost stationary in an end position, is used to come close to the theoretical cycle and a large, slightly flattened or ovalized work surface with to realize pronounced corners. 22. Heißgasmotor mit freischwingendem Kolben nach Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung eines Arbeitsspiels das nächste nach beliebig langer Zwischenzeit abgerufen werden kann und daß so immer unter Vollastbedingungen und -wirkungsgrad gefahren wird.22. Hot gas engine with free-swinging piston according to claims 1 to 21, characterized in that after the end of a working cycle the next after any longer one In the meantime can be called up and that always driven under full load conditions and efficiency will. 23. Heißgasmotor mit freischwingendem Kolben nach Ansprüchen 1 bis 22 in Einheit mit einem Verdichter, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungswechsel des Verdichters durch gassäulenabgestimmte Zu- bzw. Abführungsorgane verbessert wird.23 hot gas engine with free-swinging piston according to claims 1 to 22 in unit with a compressor, characterized in that the charge exchange of the compressor is carried out by gas column-coordinated supply and Discharge organs is improved. 24. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß Puffer als Vorratsbehälter für Betriebsstoffe dienen und ihr Druck durch Beheizen ihres Inhalts geregelt wird.24. Hot gas engine according to claims 1 to 22, characterized in that buffer as a storage container for Operating materials are used and their pressure is regulated by heating their contents. 25. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der leichte Verdränger einen Wärmetauscher aus leichtem, gut wärmeleitendem Werkstoff hoher Wärmekapazität enthält, der längs seiner Achse durch in Trennfugen eingelegte wärmedämmende Scheiben unterbrochen25. Hot gas engine according to claims 1 to 24, characterized in that the light displacer is a heat exchanger made of light, highly thermally conductive material with a high thermal capacity, which is interrupted along its axis by insulating panes inserted in separating joints -/33- / 33 909846/0286909846/0286 (ο(ο ist und dessen vom Arbeitsgas durchströmte koaxiale Bohrung ein hochprofiliges steilgängiges Innengewinde enthält oder sonstwie flächenvergroßernd und drallerzeugend gestaltet ist.and its coaxial bore through which the working gas flows is a high-profile, steep internal thread contains or is designed in some other way to enlarge the area and generate swirl. 26. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die in Flossenrohren oder anderen Heizelementen durch Verbrennungsgase hoch vorgewärmte Verbrennungsluft von der Abgasseite aus, gegen Wärmeabgabe nach außen geschützt, im Heizkörper zum Brenner fließt.26. Hot gas engine according to claims 1 to 24, characterized in that the fin tubes or others Combustion air preheated to a high degree by combustion gases from the flue gas side, protected against heat dissipation to the outside, in the heating element to the burner flows. 27. Mit Verdichter und Puffer gekuppelter freischwingender Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß bei Annäherung an Hubendlagen durch Trieb werkteile seltener oder häufig angestoßene Schalter zur Druckregelung in Puffer und/oder Heißgasmotor herangezogen werden.27. With a compressor and buffer coupled free-swinging hot gas engine according to claims 1 to 25, characterized in that when approaching stroke end positions by drive factory parts seldom or frequently activated switches for pressure control in the buffer and / or hot gas engine can be used. 28. Mit Verdichter gekuppelter freischwingender Heißgas— motor nach Ansprüchen 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstellbarer hart federnder Anschlag für Triebworkteile auch bei noch nicht eingespielter Druckregelung oder bei Störungen verhindert, daß Kolben anschlagen.28. Free-swinging hot gas coupled to the compressor— Motor according to claims 1 to 26, characterized in that an adjustable hard resilient stop for engine parts even if they are not yet established Pressure control or, in the event of malfunctions, prevents pistons from hitting. 29. Mit Verdichter gekuppelter frei schwingender Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlagen von Verdichterkolben am Zylinderdeckel durch Tellerfeder oder gummielastische Scheibe verhindert wird.29. Free-swinging hot gas engine coupled to a compressor according to claims 1 to 27, characterized in that the compressor piston hits the cylinder cover by a plate spring or a rubber-elastic disc is prevented. -/34- / 34 809848/0288809848/0288 30. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß Dämpfungsmittel zur Dämpfung bzw. Abbremsung der Verdrängerbewegungen in deren Endlagen vorgesehen sind.30. Hot gas engine according to claims 1 to 28, characterized in that damping means for damping or Braking of the displacement movements are provided in their end positions. 31. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete nach Anspruch 10 als Dämpfungsmittel in Gestalt von gummielastischen Magneten ausgebildet sind.31. Hot gas engine according to claims 1 to 29, characterized in that the permanent magnets according to claim 10 are designed as damping means in the form of rubber-elastic magnets. 32. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungsmittel eine Zylinder-Kolben-Kombination wenigstens an einer Stirnseite von Verdränger und/oder Motorkolben vorgesehen ist.32. hot gas engine according to claims 1 to 20, characterized in that a cylinder-piston combination at least on one end face of as damping means Displacer and / or engine piston is provided. 33. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 3, 5 bis 12,33. hot gas engine according to claims 1 to 3, 5 to 12, 17 bis 21, 23 bis 25 und 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß er mit Kurbeltrieb, aber ohne Abgabe von Wellenleistung, unüblicherweise nur mit kleiner Schwungmasse versehen wird.17 to 21, 23 to 25 and 29 to 31, characterized in that it has a crank drive, but no delivery of shaft power, is unusually only provided with a small centrifugal mass. 34. Heißgasmotor zum Fördern und Verdichten von Gas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter Fortfall von Motor- und Verdichterkolben der elektromagnetisch oder elektrodynamisch bewegte Verdränger den Gasinhalt abwechselnd in den Kaltraum und in den Heißraum drückt, womit sich infolge der Temperaturänderungen auch sein Druck ändert, wonach Teilmengen durch Ventile zu- und abströmen unter Wärmerückgewinn in Wäremtauschern inner- oder außerhalb des Motors.34. Hot gas engine for conveying and compressing gas according to claim 1, characterized in that the electromagnetically or electrodynamically moved displacer is omitted with the motor and compressor pistons Gas content presses alternately into the cold room and into the hot room, which is due to the temperature changes its pressure also changes, after which partial quantities flow in and out through valves with heat recovery in heat exchangers inside or outside the engine. -/35- / 35 909846/0286909846/0286 35. Heißgasmotor nach Ansprüchen 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß durch koaxialen Zusammenbau von 2 Geräten mit gleichen aber entgegengesetzt schwingenden Teilen absoluter Massenausgleich ohne sonst übliche Massenausgleichsmittel dadurch erreicht wird, daß beide Verdränger gleichzeitig elektromagnetisch bzw. elektrodynamisch bewegt werden.35. hot gas engine according to claims 1 to 34, characterized in that by coaxial assembly of 2 devices with the same but oppositely vibrating parts absolute mass balancing is achieved without the usual mass balancing means, that both displacers are moved electromagnetically or electrodynamically at the same time. 909846/0288909846/0288