DE3315493A1 - Hot gas generator with gear mechanism - Google Patents

Abstract

The invention relates to a hot gas generator with gear mechanism. A working piston and a regenerator acting as piston are arranged in a cylinder. Both pistons act by means of their piston rods on a gear mechanism. 2 units are advantageously connected together in the form of a horizontally opposed engine. <IMAGE>

Description

Heißgasgenerator mit Rädertriebwerk Hot gas generator with wheel drive

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heißgasgenerator mit Rädertriebwerk und gesteuertem Regenerator nach dem Prinzip des Stirling-Motors.The invention relates to a hot gas generator with a wheel drive and controlled regenerator based on the principle of the Stirling engine.

Es sind Rädertriebwerke als sogenannte Schubkurbelsysteme bekannt,.There are wheel drives known as so-called slider crank systems.

bei denen zwei Kreise im Verhältnis 2 : 1 ineinander ablaufen, so daß ein fester Punkt auf dem Umfang des kleineren Kreises während eines U.laufes eine geradlinige Bewegung vollzieht, die dem Durchmesser des größeren Kreises entspricht. Eine in diesem Punkt angelenkte Kolbenstange vollzieht ebenfalls eine geradlinige Bewegung, so daß ein danach gebauter Motor nahezu vibrationsfrei läuft. Es ist ferner der Heißgasgenerator unter dem Namen "Stirling-Motor" bekannt, dessen Arbeitsprinzip darauf beruht, daß die Entspannung eines Gases in einem ersten sogenannten warmen Zylinder unter Wärmezufuhr erfolgt und die Verdichtung in einem benachbarten zweiten, sogenannten kalten Zylinder unter Wärmeabfuhr sich vollzieht.in which two circles run into each other in a ratio of 2: 1, see above that a fixed point on the circumference of the smaller circle during a U-run makes a straight movement that corresponds to the diameter of the larger circle. A piston rod articulated at this point also performs a straight one Movement, so that a motor built according to it runs almost vibration-free. It is further the hot gas generator known under the name "Stirling engine", its working principle is based on the fact that the expansion of a gas in a first so-called warm Cylinder takes place under heat supply and the compression in an adjacent second, so-called cold cylinder with heat dissipation takes place.

Beide Prinzipien haben für sich Vor- und Nachteile und bis heute noch nicht ihren generellen Einsatz in der Technik gefunden.Both principles have their own advantages and disadvantages and continue to do so today not found their general use in technology.

Die Erfindung macht sich die Vorteile beider Prinzipien zunutze und verbindet die beiden Systeme zu einem neuen Motor mit der Aufgabe, einen ruhig vibrationsfrei laufenden Kolbenmotor zu schaffen, der unabhängig von der Brennstoffart durch ein Wärme-/ Kältegefälle angetrieben wird. Erfindungsgemäß geschieht das durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Mt'kmale.The invention makes use of the advantages of both principles and combines the two systems into a new engine with the task of keeping one quiet vibration-free to create a running piston engine, regardless of the type of fuel by a Heat / cold gradient is driven. According to the invention, this is done by the in features characterized in the claims.

Der Vorteil eines solchen Motors liegt auf der Hand. Seine Einsatzmöglichkeit ist vielseitig. Jede Art von Wärmeerzeugung, wie Sonnenenergie, Verbrennungswärme, Abfallwärme, ist zum Betrieb des Motors nutzbar.The advantage of such an engine is obvious. Its possible use is versatile. Any kind of heat generation, such as solar energy, combustion heat, Waste heat can be used to operate the engine.

Anhand von Zeichnungsbejspielen ist die Erfindung näher erläutert: Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch de Anordnung des Motors, Figuren la und 1b sind Ablaufdiagramme der einzelnen Kolbenbewegungen, Fig. 2 zeigt eine Baukastenanordnung über die Einsatzmöglichkeiten solcher Motorelemente gemäß Figuren 2a und 2b, Fig. 3 zeigt eine Explosionszeichnung über den Aufbau des Antriebes und Fig. 4 veranschaulicht die Wirkungsweise des Abtriebes.The invention is explained in more detail using drawing examples: Fig. 1 shows a longitudinal section through de arrangement of the engine, Figures la and 1b are flow charts of the individual piston movements, Fig. 2 shows a modular arrangement on the possible uses of such motor elements according to FIGS. 2a and 2b, FIG. 3 shows an exploded view of the structure of the drive and FIG. 4 illustrates it the mode of operation of the output.

Gemäß Fio 1 sind zwei Motoreinheiten zusammengeschaltet, die auf einen gemeinsamen Abtrieb wirken. Der Zylinder 12 gehört zu einem Stirling-Motor-Prinzip und ist mit einem entsprechenden Gas gefüllt. In diesem Zylinder 12 wirken die beiden Kolben 14 und 16, wobei 16 der Kolben des Regenerators ist. Die Kolbenstange 18 des Kolbens 14 ist an einem außen verzahnten Umlaufrad 24 angelenkt, wobei das Umlaufrad innerhalb eines innen verzahnten feststehen- den Rades 28 umläuft. Die Kolbenstange 20 des Regeneratorkolbens 16 ist wiederum an einem Umlaufrad 22 angelenkt, das innerhalb des feststehenden Rades 30 umläuft. Die beiden Umlaufräder 22 und 24 sind hierbei so innerhalb der feststehenden Räder 28 und 30 angeordnet, daß die gedachten Radien der feststehenden Räder, die durch den Mittelpunkt der Umlaufräder führen, senkrecht aufeinander stehen. Dementsprechend sind auch die die einzelnen Stellungen bezeichnenden Zahlen 1 bis 8 um diese 900 versetzt angeordnet.According to Fio 1, two motor units are connected to one another common downforce. The cylinder 12 belongs to a Stirling engine principle and is filled with a corresponding gas. The two act in this cylinder 12 Pistons 14 and 16, where 16 is the piston of the regenerator. The piston rod 18 of the piston 14 is articulated to an externally toothed planetary gear 24, the planetary gear within an internally toothed the wheel 28 rotates. The piston rod 20 of the regenerator piston 16 is in turn on a planet wheel 22 articulated, which rotates within the fixed wheel 30. The two planetary gears 22 and 24 are arranged within the fixed wheels 28 and 30, that the imaginary radii of the fixed wheels passing through the center of the Guide the planetary gears, stand perpendicular to each other. They are accordingly The numbers 1 to 8 indicating the individual positions are arranged offset by these 900.

Betrachtet man die Diagramme gemäß Fig. la und Ib, so ergibt sich daraus der Ablauf einer Umdrehung mit dem unterschiedlichen Kolbenverlauf des Motorkolbens und des Regeneratorkolbens. Die nachfolgende Betrachtung geht von Fig. la aus. Die Stellung 1 entspricht der Stellung der beiden Kolben im darüber liegenden Schnittbild des Motors in der jeweils gezeichneten Stellung. Es ist erkennbar, daß bei einer Bewegung des Motors von Position 1 über Postion 2 zur Position 3 der Motorkolben einen relativ großen Hub und der Regeneratorkolben einen relativ kleinen Hub vollzieht.If one looks at the diagrams according to FIGS. 1 a and 1 b, the result is from this the sequence of one revolution with the different piston course of the engine piston and the replenisher piston. The following consideration is based on Fig. La. the Position 1 corresponds to the position of the two pistons in the sectional view above of the engine in the position shown. It can be seen that in one Movement of the motor from position 1 via position 2 to position 3 of the motor pistons a relatively large stroke and the regenerator piston completes a relatively small stroke.

Der Motorkolben 14 wird von Beginn an, d.h. auf dem Weg zu Position 2 und auch weiter zu Position 3 direkt auf den Regeneratorkolben zulaufen. Die Stellungen 1, 2, 3 im Diagramm Fig. la veranschaulichen dieses. Dabei wird das Gas im Zylinder verdichtet, wobei der Regeneratorkolben 16 auf seinem Weg von Position 1 nach Position 2 noch auf den Motorkolben zu läuft. Um den gleichen Betrag geht er jedoch wieder zurück, wenn er den Weg von Position 2 nach Position 3 zurücklegt. Nunmehr tritt seine Regeneratorwirkung ein - das Gas strömt durch den Regeneratorkolben hindurch in den Zylinderraum 48. Hier wird das Gas durch äußere Einwirkung abgekühlt mit Hilfe der Abkühlungsvorrichtung 34. Der Regeneratorkolben 16 läuft dem einströmenden Gas hinterher und legt nunmehr auf seinem Weg von Position 3 bis Position 5 eine relativ große Strecke zurück, d.h. er vollzieht einen relativ großen Hub. Hierbei wird das Gas wiederum verdichtet unter gleichzeitiger Abkühlung, bis der Regeneratorkolben seine Endstellung erreicht. Der Motorkolben hat während dieser Zeit auf seinem Weg von Position 3 nach Position 5 nur einen kleinen hin und her schwingenden Hub ausgeführt. Auf dem Weg von 5 nach 7 legt der Motorkolben wieder einen relativ großen Weg zurück und der Regeneratorkolben einen relativ kleinen. Während dieser Phase strömt das Gas wieder durch den Regeneratorkolben in den Zylinderraum 50, wo es zwar expandiert, aber gleichzeitig durch äußere Einwirkung über die Wärmequelle 32 erwärmt wird.The engine piston 14 is from the beginning, i.e. on the way to position 2 and further to position 3, run directly towards the regenerator piston. The positions 1, 2, 3 in the diagram Fig. La illustrate this. Thereby the gas in the cylinder compressed, the regenerator piston 16 on its way from position 1 to position 2 is still running towards the engine piston. However, he goes again for the same amount back when it covers the distance from position 2 to position 3. Now step its regenerator effect - the gas flows through the regenerator piston into the cylinder space 48. Here the gas is cooled by external influences Help the cooling device 34. The regenerator piston 16 runs the inflowing Gas afterwards and now puts one on its way from position 3 to position 5 relatively long distance back, i.e. he completes a relatively long one Hub. Here, the gas is again compressed with simultaneous cooling until the Regenerator piston has reached its end position. The engine piston has during this Time on his way from position 3 to position 5 only a little back and forth oscillating stroke executed. On the way from 5 to 7 the engine piston sets again a relatively long way back and the regenerator piston a relatively small one. During this phase, the gas flows again through the regenerator piston into the cylinder space 50, where it expands, but at the same time as a result of external influences via the heat source 32 is heated.

Nach dem Prinzip des.Stirling-Motors werden die wechselseitigen Phasen zum Antrieb des Motors benutzt. Neu gegenüber dem Stirling-Motor ist der bewegliche Regenerator innerhalb des Zylinders, in dem dieser als Kolben ausgebildet ist und die versetzte Anordnung dieses Regeneratorkolbens gegenüber dem Motorkolben, so daß die Bewegungen der beiden Kolben zueinander in ein bestimmtes Verhältnis zueinander gebracht werden.The reciprocal phases are based on the principle of the Stirling engine used to drive the engine. The moving engine is new compared to the Stirling engine Regenerator within the cylinder, in which it is designed as a piston and the offset arrangement of this regenerator piston with respect to the engine piston, see above that the movements of the two pistons to one another are in a certain ratio to one another to be brought.

Dieses Gebilde aus einem Zylinder mit dem Motorkolben und dem Regeneratorkolben kann einzeln für sich Anwendung finden oder -wie Fig. 1 bereits zeigt - doppelt ausgelegt werden durch zwei sich gegenüber stehende Einheiten, die nach dem Prinzip des Boxermotors arbeiten. Dementsprechend ist dann der Verlauf der linken Motorhälfte, wie die Fig. 1b in Form eines Diagrammes veranschaulicht. Dieser Doppelmotor gemäß Fig. 1 bietet darüber hinaus den Vorteil eines sehr ruhigen Laufes und eines gleichmäßig gesteuerten Antriebes.This structure of a cylinder with the engine piston and the regenerator piston can be used individually or - as Fig. 1 already shows - twice are designed by two opposing units that work according to the principle of the boxer engine work. Accordingly, the course of the left engine half is then, as Fig. 1b illustrates in the form of a diagram. This twin engine according to Fig. 1 also offers the advantage of a very smooth run and a smooth run controlled drive.

Die Fig. 2 zeigt, wie solche Einheiten zu Baukästen zusammengesetzt sein können, wobei man eine Reihe von solchen Motoreinheiten auf eine gemeinsame Abtriebswelle wirken lassen kann. Diese Einheiten und ihr Zusammenwirken sind in den Figuren 2a und 2b veranschaulicht. Die gemeinsame Abtriebswelle ist mit 36 bezeichnet.Fig. 2 shows how such units are assembled into building blocks can be, where one has a number of such motor units on one common Can let the output shaft act. These units and their interaction are in Figures 2a and 2b illustrated. The common output shaft is denoted by 36.

Die Fig. 3 zeigt eine Explosionszeichnung der feststehenden Räder und der Umlaufräder in Verbindung mit den Angriffspunkten für Kolben und Abtriebswelle. Die beiden feststehenden Räder 28 und 30 sind innen verzahnt. In diesen laufen die beiden Umlaufräder 22 und 24 außen verzahnt um. Auf der Achse der beiden Umlaufräder 22 und 24 sind Abstandhalter 38 montiert, zwischen denen die Kolbenstangenanlenkung 26 liegt. Die Kolbenstangenanlenkung 26 muß so angeordnet sein, daß die gedachte Mittellinie durch diese Stange den äußeren Umfang der Umlaufräder gerade berührt. An den Enden der Achsen 40 der Umlaufräder sind weitere Abstandhalter 42 gleicher Größe angeordnet, deren Achse 44 die gleiche Bedingung erfüllt, wie die Anlenkungswelle 26. Auf der Achse 44 sitzt das Abtriebsrad 46. Läuft das Umlaufrad 22 innerhalb des feststehenden Rades 28 um, so vollzieht der Anlenkungspunkt 26 bzw. dessen Welle eine Bewegung, die geradlinig in einer Ebene durch das feststehende Rad 28 auf dessen Durchmesser verläuft.Fig. 3 shows an exploded view of the fixed wheels and the planetary gears in connection with the points of application for the piston and output shaft. The two fixed wheels 28 and 30 are internally toothed. In these run the two planetary gears 22 and 24 externally toothed to. On the axis of the two planetary gears 22 and 24 spacers 38 are mounted, between which the piston rod articulation 26 lies. The piston rod linkage 26 must be arranged so that the imaginary Center line through this rod just touches the outer circumference of the planetary gears. At the ends of the axles 40 of the planetary gears, further spacers 42 are the same Arranged size, the axis 44 of which fulfills the same condition as the articulation shaft 26. The driven gear 46 sits on the axle 44. The planetary gear 22 runs within of the stationary wheel 28, the articulation point 26 or its shaft completes a movement that is rectilinear in a plane through the fixed wheel 28 on its Diameter runs.

Das bedeutet, daß die Abtriebsräder 46 eine gleichmäßig rotierende Bewegung vollziehen - so, als wäre die zugehörige Achse 44 räumlich fixiert.This means that the output gears 46 rotate smoothly Perform movement - as if the associated axis 44 were spatially fixed.

Die Wirkungsweise selbst ist der Fig. 4 zu entnehmen. Während die beiden Kolben 14 eine hin und her gehende Bewegung ausüben, verbleiben deren Kolbenstangen 18in einer Ebene, d.h. auf einer Geraden, wobei.der Hub gleich.dem Innendurchmesser des feststehenden Rades 28 entspricht. Das Umlaufrad 22 läuft dabei innerhalb des feststehenden Rades 28 um, und das Abtriebsrad 46 dreht sich hierbei ständig auf der gedachten Mittelachse des feststehenden Rades 28.The mode of operation itself can be seen in FIG. 4. While the two pistons 14 exert a reciprocating movement, their piston rods remain 18 in one plane, i.e. on a straight line, with the stroke equal to the inner diameter of the fixed wheel 28 corresponds. The planetary gear 22 runs within the stationary wheel 28 to, and the output gear 46 rotates here constantly on the imaginary central axis of the stationary wheel 28.

Solche Motoreinheiten können mannigfaltigen Einsatz finden - sie können z.B. als Wärmepumpen benutzt werden, ebenso wie als Hilfsmotoren in Verbindung mit Otto-Motoren oder Diesel-Motoren zur Versorgung der Hilfsaggregate, wie Lichtmaschine, Ventilator usw.Such motor units can be used in a variety of ways - they can e.g. used as heat pumps, as well as auxiliary motors in connection with Otto engines or diesel engines to supply the auxiliary equipment, such as alternators, Fan etc.

In verbindung mit Diesel-Motoren sind sie besonders geeignet im Einsatz bei Schiffsmotoren. Sowohl beim Otto-Motor als auch beim Diesel-Motor läßt sich zur Steuerung dieser Hilfsmotoren die anfallende Abwärme bestens nutzen.They are particularly suitable for use in conjunction with diesel engines in marine engines. Both the Otto engine and the diesel engine can To control these auxiliary engines, make optimal use of the waste heat that arises.

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Claims (3)

Heißgasgenerator mit Rädertriebwerk Patentansprüche 1. Heißgasgenerator mit Rädertriebwerk und gesteuertem Regenerator nach dem Prinzip des Stirling-Motors, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in einem Zylinder (12) ein Arbeitskolben (4) und ein als Kolben wirkender Regenerator (6) beweglich angeordnet sind. Hot gas generator with wheel drive Patent claims 1. Hot gas generator with wheel drive and controlled regenerator based on the principle of the Stirling engine, characterized in that a working piston is located in a cylinder (12) (4) and a regenerator (6) acting as a piston are movably arranged. 2. Heißgasgenerator nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Kolbenstangen (8, 10) nur geradlinige Bewegungen vollziehen - gesteuert von je einem außen verzahnten Umlaufrad (12, 14), die in je einem innen verzahnten feststehenden Rad (18, 20) umlaufen und die in den feststehenden Rädern gegeneinander um 900 versetzt angeordnet sind.2. Hot gas generator according to claim 1, characterized in that g e -k e n n z e i c n e t that the piston rods (8, 10) only make straight movements - controlled by an externally toothed planetary gear (12, 14), each in an inside Toothed stationary wheel (18, 20) revolve and those in the stationary wheels are arranged offset from each other by 900. 3. Heißgasgenerator nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei sich gegenüberliegende Einheiten von Arbeitskolben und Regenerator in Form eines Boxermotors zusammengeschaltet sind.3. Hot gas generator according to claims 1 and 2, thereby g e k e n It is noted that two opposing units of working pistons and regenerator in the form of a boxer engine are interconnected.