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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Stromerzeugungsgruppe mit linearer
Hin- und Herbewegung auf der Basis eines Stirlingmotors. Sie betrifft ebenfalls
ein Verfahren, das in dieser Stromerzeugungsgruppe eingesetzt wird.
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Allgemein
umfasst der Stirlingmotor eine Kolben-Zylinder-Einheit, die ein
Arbeitsfluid einschließt.
Abwechselnd wird das Fluid in Kontakt mit einer warmen Quelle und
einer kalten Quelle gebracht. Beim Erwärmen des Fluids steigt der
Druck, wobei der Motorkolben angeschoben wird, anschließend bringt
ein Verschiebungskolben das Fluid zur kalten Quelle, derart, dass
der Druck sinkt. Da der Druck sinkt, komprimiert der Motorkolben
das Fluid. Der Zyklus kann dann von neuem beginnen. Dabei kann die
vom Kolben ausgeübte
lineare Hin- und Herbewegung verwendet werden, um Elektrizität im unabhängigen Betrieb
zu erzeugen.
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Im
Stand der Technik beschreibt das Dokument
US 4 649 283 das Prinzip eines Generators,
der aus einem Stirlingmotor aufgebaut ist, auf dem elektromagnetische
Elemente angeordnet sind, die durch eine lineare Hin- und Herbewegung
zweier Kolben, die untereinander und mit der Kammer des Stirlingmotors über Federn
verbunden sind, elektrische Energie erzeugen.
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Das
Dokument
FR 2 510 181 beschreibt
eine Stromerzeugungsgruppe, die einen Stirlingmotor umfasst, der
aus einem Kolben und einem Verschiebungskolben aufgebaut ist. Ein
Ende des Kolbens ist über
ein Federelement mit der geschlossenen Kammer des Motors verbunden.
Die elektromagnetischen Elemente sind auf dem Kolben und im Inneren
der Kammer angeordnet. Dieses Dokument offenbart ebenfalls einen
Stirlingmotor, der aus zwei in Opposition stehenden und in einer
ersten Kammer eingeschlossenen Kolben sowie einem in einer zweiten Kammer
eingeschlossenen Verschiebungskolben aufgebaut ist, wobei die zwei
Kammern über
eine Leitung kommunizierend verbunden sind, die das Fließen des
Arbeitsfluids zwischen den beiden Kammern gestattet. Die in diesem
Dokument offenbarte Vorrichtung gestattet keinen Betrieb nahe am
Stirlingzyklus. Außerdem
machen die Federelemente, die zur Verbindung der Kolben verwendet
werden, die Vorrichtung anfälliger
und die Köpfe
der Kolben müssen mit
Dämpfern
ausgestattet werden, um ein Zusammenstoßen zwischen ihnen zu vermeiden.
Außerdem
ist die Steuerung der Drehzahl besonders komplex, da sie über mechanische
Mittel, die von außerhalb
der Gruppe zugänglich
sind, und über
ein elektronisches System geschieht.
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Die
vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die oben genannten Nachteile
zu beheben, indem sie eine Stromerzeugungsgruppe vorschlägt, bei
der das Motorelement aus einem Verbrennungsmotor vom Stirlingtyp
und das Generatorelement aus einer elektromagnetischen Einheit,
deren bewegter Teil aus dem Kolben und dem Verschiebungskolben des
Stirlingmotors gebildet wird, aufgebaut ist.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Realisierung einer unabhängigen Stromerzeugungsgruppe,
die dafür
geeignet ist, beispielsweise in einem Elektrofahrzeug mitgeführt zu werden
und dabei im Vergleich zu aktuellen elektrischen Systemen eine Energieeinsparung
sowie Robustheit und zuverlässige
Sauberkeit bereitzustellen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist die Realisierung einer Stromerzeugungsgruppe,
die dafür
geeignet ist, ein breites Leistungsspektrum von einigen Watt bis
zu einigen tausend Kilowatt zu erzeugen.
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Aus
dem Dokument
FR 1 407 682 ist
bereits eine Verbrennungsmaschine vom Stirlingtyp bekannt, die zur
Erzeugung elektrischer Energie verwendet wird und die wenigstens
einen Kolben mit einer linearen Hin- und Herbewegung umfasst, um durch
elektromagnetische Kopplung mit feststehenden magnetischen Elementen
elektrische Energie zu erzeugen. Diese Maschine umfasst außerdem wenigstens
zwei Verschiebungskolben, die in einer mit dem Kolben gemeinsamen
Kammer derart angeordnet sind, das die Verschiebungskolben-Kolben-Einheit
zwei Motoren vom Stirlingtyp bildet, die in Opposition zueinander
arbeiten.
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Bei
einer solchen Vorrichtung wird der thermische Teil durch den Kolben
und Verschiebungskolben gebildet, die in Opposition zueinander arbeiten. Der „Motor"-Takt des einen entspricht
dem „Widerstands"-Takt des anderen.
Dies entspricht zwei in Opposition zueinander arbeitenden Stirlingmotoren. Daraus
ergibt sich die Fähigkeit
zur Erzeugung eines breiten Leistungsspektrums, das von einigen
Watt bis zu einigen tausend Kilowatt reicht. Außerdem erhöht der Umstand, dass der Kolben
und die Verschiebungskolben in einer einzigen Kammer zusammengefasst
werden, die Robustheit der Vorrichtung.
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Diese
Maschine hat, wie auch die in
GB 2.290.351 beschriebene,
einen Kolben mit Permanentmagneten.
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Die
Erfindung schlägt
ihrerseits eine Stromerzeugungsgruppe zur Umwandlung thermischer
Energie in elektrische Energie auf der Basis eines mit einem Stirlingprozess
arbeitenden Verbrennungsmotors vor, die wenigstens einen Kolben
mit linearer Hin- und Herbewegung umfasst, um über eine elektromagnetische
Kopplung mit feststehenden magnetischen Elementen elektrische Energie
zu erzeugen, die außerdem
wenigstens zwei Verschiebungskolben umfasst, die in einer gemeinsamen
Kammer mit dem Kolben derart angeordnet sind, dass die Verschiebungskolben-Kolben-Einheit
zwei Motoren vom Stirlingtyp bildet, die in Opposition zueinander
arbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Kolben und feststehenden
magnetischen Elementen zusammengesetzte Einheit einen Asynchrongenerator
bildet und dadurch, dass der Kolben aus einem leitenden unmagnetischen
Material besteht, wobei die Erregung des Generators in diesem induzierte
Ströme erzeugt,
die das magnetische Schweben sicherstellen. Ein solcher Aufbau hat
den Vorteil eine begrenzte Reibung zu gestatten.
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Bei
einem solchen Aufbau ist das Material des Kolbens vorteilhafterweise
Aluminium oder eine Legierung.
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Vorzugsweise
ist die Kammer eine vollständig
geschlossene Hülle
ohne Fugen. Das in dieser Kammer eingeschlossene Arbeitsfluid, wie
etwa Helium, kann daher große
Drücke
erfahren, was sich günstig
auf den Gesamtwirkungsgrad der Stromerzeugungsgruppe und ihre spezifische
Leistung auswirkt. Vorteilhafterweise ist die Hülle der Kammer für Magnetfelder
durchlässig
und sie hält
hohen Drücken,
beispielsweise 80 Bar, sowie maximalen Temperaturen des Motors,
die 650°C
erreichen können, stand.
Die Konzeption dieses Motors ist derart, dass sie einen Betrieb
ohne regelmäßige Wartung
gestattet, wobei die einzigen bewegten Elemente, Kolben und Verschiebungskolben,
für die
Lebensdauer gefettet werden können.
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Das
Dokument
FR 2 510 181 des
Stands der Technik beschreibt eine Stromerzeugungsgruppe deren Kolben
nicht in Opposition zueinander arbeiten. Die Kolben des Stands der
Technik haben denselben „Motor"-Takt und sie werden
durch eine Federvorrichtung zurückgeführt.
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Die
aus dem Kolben und feststehenden magnetischen Elementen bestehende
Einheit bildet einen Asynchrongenerator. Der Fachmann versteht dabei
leicht, dass jeder Typ eines elektrischen Generators, synchron oder
asynchron, mit veränderlicher Reluktanz,
mit permanenten Magneten oder solchen mit Flussumschaltung, verwendet
werden kann. Gemäß der Erfindung
ist der elektrische Teil vollständig mit
dem thermischen Teil integriert. Die magnetischen Elemente können entlang
der Kammer derart angeordnet werden, dass die lineare Hin- und Herbewegung
der Verschiebungskolben ebenfalls zur Erzeugung der elektrischen
Energie beiträgt.
Der Kolben und die Verschiebungskolben sind die Rotoren des Stromgenerators.
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Die
zwei Verschiebungskolben können
starr miteinander verbunden werden. Vorzugsweise sind sie jedoch
voneinander unabhängig,
wobei dies es gestattet, den Motor nach dem theoretischen Stirlingzyklus
arbeiten zu lassen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Eigenschaft der Erfindung sind die zwei Verschiebungskolben
gegenüber
der Kammer frei beweglich, im Gegensatz zu den Systemen des Stands
der Technik, bei denen Rückholfedern
verwendet werden.
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Die
Stromerzeugungsgruppe gemäß der Erfindung
kann außerdem
elektromagnetische Mittel umfassen, die fest mit der Kammer verbunden
sind, um die Bewegung der Verschiebungskolben durch elektromagnetische
Kopplung zu steuern. Da die Verschiebungskolben hierdurch wie Stellorgane
gesteuert werden, kann ein thermischer Zyklus sehr nahe am theoretischen
Stirlingzyklus hergestellt werden. Wenn die beiden Verschiebungskolben
verbunden sind, kann die Steuerung für jeden der Verschiebungskolben
auf der Hälfte
des Wegs stattfinden, für den
gegenteiligen Fall findet die Steuerung auf dem ganzen Weg jedes
von ihnen statt.
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Die
elektromagnetischen Mittel können
innerhalb oder außerhalb
der Kammer angeordnet werden. Gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung umfasst die Stromerzeugungsgruppe außerdem einen
zweiten Kolben, wobei die so erhaltenen zwei Kolben starr miteinander
verbunden sind und sich zu beiden Seiten der zwei Verschiebungskolben befinden.
Diese Anordnung gestattet es, über
einen doppelten Stromgenerator zur verfügen, der in Richtung der Enden
des Motors beispielsweise in Zylinderform angeordnet ist, in Zonen,
die leicht zu kühlen sind.
Außerdem
sind Heizungsmittel, um dem Stirlingmotor Wärme zuzuführen, in einer zentralen Zone des
Zylinders angeordnet. Gemäß einer
vorteilhaften Variante der Erfindung und noch immer im Rahmen der
zwei durch ein starres Mittel verbundenen Kolben, kann jeder Kolben
mehrere konzentrische hohle Zylinder umfassen, die miteinander über ein
Ende verbunden sind. Diese Zylinder sind dafür vorgesehen, in weiteren konzentrischen
hohlen Zylindern zu gleiten, die mit feststehenden magnetischen
Elementen versehen und im Inneren der Kammer angeordnet sind.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann die Stromerzeugungsgruppe einen Stirling-Verbrennungsmotor,
beispielsweise mit zylindrischer Form, umfassen, derart, dass Heizungsmittel,
um diesem Motor Wärme
zuzuführen,
an den Basisabschnitten des Zylinders, an den Enden, angeordnet
sind. In diesem Fall können
Kühlungsmittel außerhalb
der Kammer angeordnet sein oder sie können aus der Zirkulation eines
Fluids in Röhren, die
die Kammer durchziehen, bestehen.
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Gemäß einer
Eigenschaft der Erfindung beträgt
der Weg der Verschiebungskolben im wesentlichen das Doppelte des
Kolbenwegs. Es können
jedoch auch größere Verhältnisse
vorgesehen werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Umwandlung
thermischer Energie in elektrische Energie mittels einer Stromerzeugungsgruppe
vorgeschlagen. Hierfür werden
zwei Verschiebungskolben gesteuert, die in einer Kammer angeordnet
sind, die einen Stirling-Verbrennungsmotor
bildet und wenigstens einen Kolben umfasst, derart, dass die Verschiebungskolben-Kolben-Einheit wie
zwei in Opposition arbeitende Stirlingmotoren arbeitet. Vorteilhafterweise
kann eine Phasenverschiebung von im wesentlichen fünfundvierzig
Grad in der relativen Bewegung zwischen den Verschiebungskolben
und dem Kolben eingesetzt werden.
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Vorzugsweise
sind die Verschiebungskolben dafür
geeignet, das in der Kammer enthaltene Arbeitsfluid zu regenerieren,
um einen Wärmeaustausch
zu gestatten. Der Korpus der Verschiebungskolben übernimmt
selbst die Rolle des Regenerators. Es kann jedoch auch sinnvoll
die Realisierung externer Regeneratoren in Form einer Ableitungsleitung vorgesehen
werden.
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Weitere
Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden beim Lesen der detaillierten
Beschreibung einer in keiner Weise einschränkenden Ausführungsform
ersichtlich, sowie aus der beigefügten Zeichnung, in der:
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1 eine
schematische Schnittansicht einer Stromerzeugungsgruppe gemäß der Erfindung darstellt,
die entsprechend einem Aufbau vom Typ A realisiert ist, bei dem
die Wärmezufuhr
an den Enden des Motors geschieht und die Verschiebungskolben sich
auf beiden Seiten des Kolbens befinden;
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2 eine
schematische Schnittansicht einer Stromerzeugungsgruppe gemäß der Erfindung darstellt,
die entsprechend einem Aufbau vom Typ B realisiert ist, bei dem
die Wärmezufuhr
im Zentrum eines Motors mit zwei Kolben stattfindet;
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3 eine
schematische Schnittansicht einer Stromerzeugungsgruppe gemäß der Erfindung darstellt,
die entsprechend einem Aufbau vom Typ C realisiert ist, bei dem
der Motor zwei konzentrische Hüllen
umfasst, wobei der Kolben I-förmig
ist;
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4 eine
schematische Schnittansicht einer Stromerzeugungsgruppe gemäß der Erfindung darstellt,
die entsprechend einem Aufbau vom Typ D realisiert ist, bei dem
der Motor zwei konzentrische Zylinder umfasst;
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5 eine
schematische Schnittansicht einer Stromerzeugungsgruppe gemäß der Erfindung darstellt,
die entsprechend einem Aufbau vom Typ E realisiert ist, mit einer
Wärmezufuhr
im Zentrum des Motors;
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6 eine
schematische Schnittansicht einer Stromerzeugungsgruppe gemäß Aufbau
E darstellt;
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7 eine
detaillierte Schnittansicht eines Kolbens für einen Aufbau von Typ E darstellt;
und
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8 eine
radiale Schnittansicht im Bereich der Kolben des in 7 gezeigten
Aufbaus darstellt.
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Es
werden nun verschiedene Aufbauten von Stromerzeugungsgruppen gemäß der Erfindung
beschrieben.
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Der
in 1 dargestellte Aufbau vom Typ A umfasst eine Arbeitskammer 9 in
Zylinderform mit kreisförmigem
oder quadratischem Querschnitt. Das Motorelement der Stromerzeugungsgruppe
ist zum einen aus einem Kolben 1, der zylinderförmig und
in seiner Mitte gelocht ist, und zum anderen aus zwei zylinderförmigen Verschiebungskolben 2 und 3,
die untereinander durch ein starres Mittel 11 verbunden sind,
zusammengesetzt. Dieses Mittel ist dafür geeignet, im Loch des Kolbens 1 zu
gleiten. Dadurch sind die Verschiebungskolben 2 und 3 auf
beiden Seiten des Kolbens 1 angeordnet. Der Kolben und die
Verschiebungskolben sind in der Kammer 9 derart eingeschlossen,
dass das verbleibende Volumen in dieser Kammer von einem Fluid 8,
wie etwa Helium, ausgefüllt
wird. Das Motorelement entspricht zwei Stirlingmotoren, die in Opposition
zueinander arbeiten und für
die die Wärmezufuhren 10 an
den Enden stattfinden. Diese Wärmezufuhren,
die beispielsweise von einem Gasheizkessel kommen, gestatten es,
eine Temperatur von etwa 650°C
zu erreichen. Kühlungsmittel 7,
wie etwa Kühlbleche,
gestatten es, an zwei Zonen in der Nähe des Motorzentrums eine Temperatur
zwischen 80 und 100°C
beizubehalten. Die Wärmezufuhren
und die Kühlbleche zur
Kühlung
befinden sind außerhalb
der Kammer. Das Innere der zylindrischen Kammer schließt nur den
Kolben 1, die Verschiebungskolben 2 und 3 und das
Arbeitsfluid 8 ein.
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Die äußere zentrale
Zone der Kammer ist mit einer Gruppe magnetischer Elemente 6,
wie etwa Wicklungen, ausgestattet, die den Statorteil des Stromgenerators
bilden, dessen Rotor vom Kolben gebildet wird. Die Wicklungen 6 sind
in ein Joch 12 integriert, das in der zentralen Zone der
Kammer befestigt ist. Die Wicklungen sind zur Energieerzeugung mit
nicht dargestellten elektrischen Mitteln verbunden.
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Zur
Steuerung der Verschiebungskolben 2 und 3 wie
Stellglieder und zur Steuerung der Arbeitsfrequenz des Motors sind
elektromagnetische Mittel 5 vorhanden, wie etwa Wicklungen
an den seitlichen Zonen der Kammer nahe an den Enden. Diese Wicklungen 5 sind
in Blöcken 4 in
Kranzform integriert. Die Steuerung der Verschiebungskolben geschieht
für jeden
der Verschiebungskolben auf der Hälfte des Wegs. Der gesamte
Weg der Verschiebungskolben ist kontrollierbar, da diese starr verbunden
sind.
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Bei
diesem Aufbau vom Typ A kann es vorgesehen werden, dass die Verbindung 11 entfällt, in diesem
Fall kann der Motor gemäß dem theoretischen
Stirlingzyklus arbeiten. Und zur Verbesserung der Steuerung der
Verschiebungskolben können
die elektromagnetischen Mittel 5 und 4 derart
verlängert werden,
dass sie die Kühlbleche 7 ersetzen,
wobei die Steuerung der Verschiebungskolben dann über jeweils
deren ganzen Weg geschieht. In diesem Fall wird die Kühlung über die
Zirkulation einer Flüssigkeit innerhalb
des Jochs realisiert.
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In 2 ist
ein Aufbau vom Typ B dargestellt, bei dem die Kammer 23 in
der zentralen Zone einen ausgehöhlten
Kranz 24 umfasst, damit sie über Heizungsmittel 13 verfügt. Der
Motor umfasst zwei Kolben 14 und 15, die durch
eine Verbindung 16 starr verbunden sind. Diese Kolben sind
auf beiden Seiten von zwei Verschiebungskolben 20 und 21 angeordnet,
die ebenfalls mittels der Verbindung 22 starr verbunden
sind. Die Verschiebungskolben-Verbindungs-Einheit 20, 21 und 22 umfasst
einen zentralen Kanal, in dem das Verbindungsmittel 16 der
Kolben gleitet. Bei diesem Aufbau sind die magnetischen Elemente 17a und 17b,
die den Stator des Stromgenerators bilden, aus zwei Kränzen aufgebaut,
die, gekoppelt mit den Kolben 14 und 15, an den
Enden der Kammer angeordnet sind. Die elektromagnetischen Mittel 18a und 18b zur
Steuerung der Verschiebungskolben werden durch zwei Kränze gebildet,
die auf beiden Seiten der Heizungsmittel 13 angeordnet sind.
Die Kühlbleche 19a und 19b bilden
ebenfalls zwei Kränze,
die zwischen den magnetischen Elementen 17a und 17b und
den elektromagnetischen Steuerungsmitteln 18a und 18b angeordnet
sind.
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Dieser
Aufbau gestattet das Vorhandensein zweier Stromgeneratoren (14, 17a; 15, 17b)
nahe bei leicht zu kühlenden
Zonen. Dieser Aufbau kann ebenfalls in mehreren Varianten vorliegen,
bei denen die starre Verbindung 22 entfällt, die elektromagnetischen
Steuerungsmittel 18a und 18b auf den gesamten
Weg der Verschiebungskolben vergrößert werden und die Kühlbleche 19a und 19b durch
eine Flüssigkeitszirkulation
im Joch ersetzt werden können.
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Der
Aufbau vom Typ C in 3 umfasst eine Kammer 25 mit
der Form eines Zylinders mit quadratischem Querschnitt. Diese Kammer
umfasst zwei offene und konzentrische Zylinder mit quadratischem Querschnitt 26 und 27.
Diese Zylinder sind im Inneren der Kammer 25 angeordnet
und jeweils an einer Basis dieser Kammer befestigt. Die Seitenwände dieser
beiden Zylinder umfassen elektromagnetische Mittel 36 und 37 zur
Steuerung zweier Verschiebungskolben 32 und 33,
die im Inneren der beiden Zylinder gleiten. Die Heizungsmittel 28 und 29 sind an
jedem Ende der Kammer 25 angeordnet. Die Kühlung geschieht über das
Zirkulieren einer Flüssigkeit in
Röhren 34 und 35,
die die Kammer 25 durchziehen. Der Kolben 30 hat
die Form eines liegenden großen „H", dessen Verbindungsstrich
zwischen den Zylindern 26 und 27 angeordnet ist.
Vorteilhafterweise wird der Statorteil des Stromgenerators durch
magnetischen Wicklungen 31 gebildet, die über die
ganze Länge
zweier Seitenwände
der Kammer 25 angeordnet sind.
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4 stellt
einen Aufbau vom Typ D dar, der zwei konzentrische Zylinder 38 und 39 umfasst.
Der innere Zylinder 39 umfasst alle elektromagnetischen Komponenten 45, 46 und 47,
die als Stator für
den Stromgenerator bzw. als Steuerungsmittel für die Verschiebungskolben 41 und 42 dienen.
Weitere als Stator dienende Wicklungen 51 sind außerhalb
des äußeren Zylinders 38 in
einer zentralen Zone angeordnet. Der Kolben 40 und die
beiden Verschiebungskolben bewegen sich im äußeren Zylinder 38, der
als Arbeitskammer dient. Die beiden Verschiebungskolben 41 und 42 sind
durch mehrere starre Verbindungsmittel 43, 44 verbunden,
die in Kanälen im
Inneren des Kolbens 40 gleiten. Außerhalb der Arbeitskammer 38,
auf beiden Seiten der Wicklungen 51, sind Kühlbleche 49 und 59 angeordnet.
An den Enden der Arbeitskammer 38 sind Heizungsmittel platziert.
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Der
in 5 dargestellte Aufbau vom Typ E ist mit dem Aufbau
vom Typ D verwandt, wobei jedoch Heizungsmittel 52 im Zentrum
des Motors vorgesehen sind. Es sind ebenfalls zwei Kolben 53 und 54 vorhanden,
die mittels Elementen 55a, 55b, 55c und 55d verbunden
sind und die auf beiden Seiten von zwei Verschiebungskolben 56 und 57 platziert sind.
Die Verbindungsmittel 55a, 55b, 55c und 55d gleiten
innerhalb eines Mittels zur Verbindung 58 der beiden Verschiebungskolben.
Die Statorwicklungen 59, 60, 61 und 62 sind
nahe an den Enden des Motors vorgesehen, was die Kühlung erleichtert
und die Wirksamkeit des Stromgenerators erhöht. Wie beim Aufbau vom Typ
B wird der Weg der Kolben durch ein Luftpolster gedämpft. In 6 sind
zwei Radialschnitte des Aufbaus vom Typ E dargestellt. Der Schnitt
A ist in einer Ebene ausgeführt,
die durch den Kolben 53 verläuft. Der Schnitt B ist in einer
Ebene ausgeführt,
die durch den Verschiebungskolben 57 verläuft. Es
sind die vier starren Mittel 55a, 55b, 55c und 55d zu
erkennen, die durch den Verschiebungskolben 57 hindurch
gleiten.
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In 7 ist
im Detail eine vereinfachte Schnittansicht einer Variante eines
Kolbens des Aufbaus vom Typ E zu sehen. Die Kammer wird durch zwei
konzentrische Zylinder 63 und 67 gebildet. Der innere
konzentrische Zylinder 67 ist hohl. Die Enden der Kammer
umfassen auf der Innenseite Vorsprünge 65, die in Form
eines konzentrischen hohlen Zylinders in regelmäßig Abständen verteilt sind. Diese Vorsprünge umschließen magnetische
Elemente oder Spulen 66, die den Stator des Asynchrongenerators
bilden. Der Rotorteil wird durch mehrere hohle konzentrische Zylinder 64 gebildet,
die in den Freiraum zwischen den Vorsprüngen 65 eingreifen.
Die Schnittansicht stellt somit zwei eingreifende Kämme dar.
Der Rotor 64 besteht aus einem unmagnetischen leitenden
Material, wie etwa Aluminium. Die Erregung des Asynchrongenerators
gestattet es, im Rotor induzierte Ströme zu erzeugen. Diese Ströme erzeugen
abstoßende
Kräfte,
die zu einem magnetischen Schweben des Rotors 64 im freien
Raum zwischen den Vorsprüngen 65 führen, wodurch
die Reibung bei der Hin- und Herbewegung der Kolben erheblich verringert
wird. Die Oberflächen
der Vorsprünge 65 können Mittel
zum Zentrieren und Führen umfassen,
die nur beim Starten des Generators nützlich sind.
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8 stellt
einen Radialschnitt eines Kolbens des Aufbaus vom Typ E aus 7 dar.
Dieser Radialschnitt lässt
die konzentrischen Kolben 64 erkennen.
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Bei
der in 5 dargestellten Kammer sind die magnetischen Elemente 62 auf
den seitlichen Blechen angeordnet, die elektrische Erzeugung geschieht
damit in einer Ebene senkrecht zur Ebene der mechanischen (oder
thermischen) Erzeugung, die parallel zur Bewegungsachse der Kolben
ist. Berücksichtigt
man, dass die elektromagnetische Kraft etwa zehn mal kleiner ist
als die mechanische Kraft, gestattet es der Umstand, dass der Kolben
in mehrere konzentrische Zylinder aufgespalten ist, wie dies in 7 zu
sehen ist, die Oberfläche
für die
elektromagnetische Wechselwirkung erheblich zu vergrößern.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft daher eine Einheit, die zwei in Opposition
zueinander arbeitenden Stirlingmotoren entspricht, die auf denselben Kolben
oder einen geteilten Kolben einwirken, und dies in ein und derselben
Arbeitskammer. Der Verschiebungskolben wird elektromagnetisch wie
ein Stellglied gesteuert.
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Die
Stromerzeugungsgruppe gemäß der Erfindung,
die zur unabhängigen
Stromerzeugung vorgesehen ist, kann in einer stationären oder
einer mitgeführten
Anlage eingesetzt werden, wobei sie insbesondere dafür ausgelegt
ist, elektrische Hybridfahrzeuge mit Strom versorgen zu können, jedoch ebenfalls
dafür ausgelegt
ist, jedes Problem zur unabhängigen
Stromerzeugung bei stationären
Anlagen zu lösen,
mit einem Einsatz von Systemen zur doppelten oder dreifachen gleichzeitigen
Erzeugung. Diese Vorrichtung gestattet es auch, das Problem der Speicherung
der elektrischen Energie (Batterien) zu lösen und Elektrofahrzeuge zu
konzipieren, die im Vergleich zu Fahrzeugen mit herkömmlichen
Verbrennungsmotoren einen verringerten Verbrauch und verminderte
umweltverschmutzende Emissionen bieten.