Zwei-Zyklen-Heissgasmotor

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf einen Zwei-Zyklen-Heißgasmotor mit einem Expansionskolben in einem erhitzbaren Zylinderbauteil und einem Kompressionskolben in einem kühlbaren Zylinderbauteil. Der Expansionskolben und der Kompressionskolben sind entlang einer gemeinsamen Mittelachse angeordnet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet von Heißgasmotoren.

[0002] Heißgasmotoren nach dem Stirling-Prinzip gehören zu den ältesten Wärmekraftmaschinen. Grundsätzlich kann mit Hilfe von Heißgasmotoren nach dem Stirling-Prinzip oder den damit verwandten Prinzipien ein höherer Wirkungsgrad als mit Dampfmaschinen, Diesel- oder Ottomotoren erreicht werden. Mit Hilfe von Heißgasmotoren wird von außen einem Arbeitsgas-Erhitzer Wärme zugeführt, ohne daß eine Verbrennung im Zylinder erfolgen muß. Der mögliche Einsatz nachwachsender Brennstoffe und die kontinuierliche Verbrennung sichern im Zusammenhang mit dem hohen Wirkungsgrad eine umweltschonende Energieeffizienz.

[0003] Heißgasmotoren nach dem Stirling-Prinzip sind als Motoren vom Alpha-, Beta- und Gamma-Typ bekannt. Beim Alpha-Typ wird das Arbeitsgasgesamtvolumen durch die Bewegung eines Expansionskolbens und eines Kompressionskolbens beeinflußt. Beim Beta- und Gamma-Typ bewegt sich ein Verdränger in einem Raum konstanten Volumens und lediglich der Arbeitskolben beeinflußt das Gasgesamtvolumen.

[0004] Trotz der mit Hilfe von Heißgasmotoren möglichen effizienten Energieumwandlung werden derartige Motoren bisher noch nicht in großem Umfang für die Erzeugung mechanischer Energie eingesetzt.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Zwei-Zyklen-Heißgasmotor vom Alpha-Typ anzugeben, der einen einfachen Aufbau aufweist und für einen dauerhaften Betrieb auf verschiedene Anwendungsgebieten flexibel einsetzbar ist.

[0006] Diese Aufgabe wird bei einem Zwei-Zyklen-Heißgasmotor mit einem Expansionskolben in einem Expansionszylinderbauteil und einem Kompressionskolben in einem Kompressionszylinderbauteil erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Expansionskolben und der Kompressionskolben entlang einer gemeinsamen Mittelachse angeordnet sind.

[0007] Ein wesentlicher Vorteil, welcher mit der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik erreicht wird, besteht darin, daß ein Motoraufbau für einen Zwei-Zyklen-Heißgasmotor vom Alpha-Typ geschaffen wurde, der trotz konstruktiver Einfachheit eine hohe Leistungsdichte zur Verfügung stellt. Der vorgeschlagene Motor weist konstruktive Parallelen zum Beta-Typ auf und vereint diese mit den Vorteilen eines doppelt wirkenden Motors vom Alpha-Typ. Die hintereinander arbeitenden Kolben gewährleisten ein schlankes Getriebe und damit auch Kurbelgehäuse. Für die Kreuzkopf- oder Profilschienenschlitten beider Pleuel lässt sich eine gemeinsame Laufschiene verwenden.

[0008] Innerhalb eines Zylinderbauteils wird wegen der gleichen Temperatur kein Wärmestrom induziert. Das betrifft die Zylinderbauteilwand und die Kolben gleichermaßen. Damit wird eine größere Annäherung an isotherme Verhältnisse erreicht.

[0009] Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Kolbenstangendurchführungen durch eine Zylinderwand auf der Seite des kühlen Kompressionszylinderteiles realisiert werden können und damit leicht abzudichten sind.

[0010] Darüber hinaus läßt sich der Phasenversatz zwischen Expansionskolben- und Kompressionskolben beliebig einstellen. Das Expansionsvolumen läßt sich gegenüber dem Kompressionsvolumen variieren

[0011] Des weiteren können die Symmetrieverhältnisse des Expansions- und des Kompressionskolbens hervorragend für Freikolben-Anordnungen genutzt werden. Auf diese Weise lassen sich druckfeste und vollkommen druckdichte Motoren aufbauen.

[0012] Die bei dem erfindungsgemäßen Aufbau des Heißgasmotors ermöglichten zwei gegenläufigen Zyklen erlauben eine Regelbarkeit über einen Zyklen-Kurzschluss. Auch bei drucklosem Getriebe sind die Kolbenkräfte wegen der beiden gegenläufigen Zyklen gering.

[0013] Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Expansionskolben und der Kompressionskolben angeordnet sind, um beim Betrieb fluchtend hintereinander zu arbeiten. Hierdurch können beide Kolben und deren Zylinderteile durchmessergleich ausgeführt werden.

[0014] Bei einer Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß erste Gasräume, die in dem Kompressionszylinderbauteil auf einer Unterseite des Kompressionskolben und in dem Expansionszylinderbauteil auf einer Unterseite des Expansionskolbens gebildet sind, über einen ersten Erhitzer, einen ersten Regenerator und einen ersten Kühler verbunden sind, und daß zweite Gasräume, die in dem Kompressionszylinderbauteil auf einer Oberseite des Kompressionskolbens und in dem Expansionszylinderbauteil auf einer Oberseite des Expansionskolbens gebildet sind, über einen zweiten Erhitzer, einen zweiten Regenerator und einen zweiten Kühler verbunden sind. Mit dieser Anordnung werden zwei Gaszyklen geschaffen, die gleichgerichtet mit 180 Grad Phasenversatz arbeiten. Die Arbeitsgasverbindungsleitung vom Erhitzer zum Expansionszylinderbauteil kann zur thermischen Trennung beider Bauteile für jeden Gaszyklus zum Teil aus einem, in den Abmessungen definierten, geraden Rohr bestehen, das als Pulsrohr arbeitet.

[0015] Eine kompakte Bauweise des Heißgasmotors wird bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung dadurch unterstützt, daß zwischen dem Expansionszylinderbauteil und dem Kompressionszylinderbauteil ein Kanal gebildet ist, wobei in dem Kanal eine Kolbenstange des Expansionskolbens angeordnet ist, die druckdicht durch den Kanal hindurch geführt ist. Mit Hilfe des Kanals erfolgt die hydraulische und, wenn nötig, thermische Trennung des Kompressions- und des Expansionszylinderbauteils.

[0016] Eins druckdichte Lagerung der Kolbenstange des Expansionskolbens in dem Kanal ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung dadurch erleichtert, daß der Kanal in einem Verbindungsbauteil gebildet ist, welches zumindest einen Teilabschnitt des Expansionszylinderbauteils und zumindest einen Teilabschnitt des Kompressionszylinderbauteils umfaßt. Auf diese Weise kann der Kanal in einem einteiligen Verbindungsbauteil geschaffen werden.

[0017] Zum Unterstützen einer möglichst kompakten Bauweise des Heißgasmotors kann eine Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig vorsehen, daß die Kolbenstange des Expansionskolbens bewegbar durch eine Bohrung in dem Kompressionskolben eingeführt ist. Auf diese Weise kann eine Kolbenkraftfortleitung des Expansionskolbens zu einem Getriebe realisiert werden.

[0018] Eine Bewegung des Kompressionskolbens entlang der Kolbenstange des Expansionskolbens ist bei einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung dadurch ermöglicht, daß die Kolbenstange des Expansionskolbens bewegbar durch den Kompressionskolben hindurch geführt ist.

[0019] Zweckmäßig kann bei einer Weiterbildung vorgesehen sein, daß die Kolbenstange des Expansionskolbens bewegbar durch eine Öffnung in einem Gehäuse des Kompressionszylinderbauteils hindurch geführt ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Kolbenstange des Expansionskolbens im Bereich des Kompressionszylinderbauteils nach außen zu führen, beispielsweise zum Ankoppeln eines Pleuels.

[0020] Eine platzsparende Bauweise des Heißgasmotors ist bei einer Fortbildung der Erfindung dadurch ermöglicht, daß eine an dem Kompressionskolben angebrachte Kolbenstange einen Durchbruch aufweist, wobei die Kolbenstange des Expansionskolben durch den Durchbruch hindurch geführt ist.

[0021] Ein gemeinsames Herausführen der Kolbenstange des Kompressionskolbens und der Kolbenstange des Expansionskolbens aus dem Kompressionszylinderbauteil ist bei einer Ausführungsform der Erfindung vorteilhaft dadurch ermöglicht, daß die an dem Kompressionskolben angebrachte Kolbenstange druckdicht durch die Öffnung im Gehäuse des Kompressionszylinderbauteils hindurch geführt ist.

[0022] Eine unmittelbare Kopplung der Bewegung des Kompressionskolbens an die des Expansionskolbens und dessen Kolbenstange ist bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dadurch ermöglicht, daß der Kompressionskolben einen Hohlraum aufweist, in welchem ein an die Kolbenstange des Expansionskolbens befestigter Pufferkolben bewegbar angeordnet ist, so daß in dem Hohlraum zwei Pufferräume gebildet sind.

[0023] Ein Getriebe zur Kraftübertragung zwischen der Kolbenstange des Expansionskolbens und dem Kompressionskolben kann bei einer Weiterbildung der Erfindung dadurch eingespart werden, daß die zwei Pufferräume in dem Hohlraum so gebildet sind, daß eine Bewegung des Expansionskolbens und des hieran befestigten Pufferkolbens in dem Hohlraum zu einer Gasverdichtung/Gasentspannung in den zwei Pufferräumen führt, um eine Bewegung des Kompressionskolbens zu bewirken. Wenn sich ein Abschnitt des Pufferraums verkleinert, entsteht hier ein Überdruck, der den Kompressionskolben schiebt. Der andere Abschnitt des Pufferraums vergrößert sich gleichzeitig, so daß dort ein Unterdruck entsteht, der den Kompressionskolben zieht. Eine Bewegung des Kompressionskolbens tritt immer dann ein, wenn die Kraft, die sich aus der Druckdifferenz zwischen den beiden Pufferaumabschnitten ergibt, größer ist als die benötigte Kompressionskraft.

[0024] Ein druckdichtes Herausführen der Kolbenstange des Expansionskolbens aus dem Kompressionszylinderbauteil wird bei einer zweckmäßigen Fortbildung der Erfindung dadurch erleichtert, daß ein sich über das Kompressionszylinderbauteil hinaus erstreckender Abschnitt der Kolbenstange des Expansionskolbens in einem abgedichteten Innenraum einer Verlängerungshülse aufgenommen ist, wobei die Verlängerungshülse außen an dem Kompressionszylinderbauteil angebracht ist. Im Vergleich zum druckdichten Hindurchführen der Kolbenstange des Expansionskolbens durch ein Gehäuse des Kompressionsylinderbauteils kann die Verlängerungshülse mit Hilfe einfacher Mittel abgedichtet an dem Zylinderbauteil montiert werden. Mit Hilfe der Befestigung von Permanentmagneten an dem sich über das Kompressionszylinderbauteil hinaus erstreckendem Abschnitt der Kolbenstange des Expansionskolbens läßt sich eine Magnetkupplung mit einem äußeren die Verlängerungshülse umschließenden magnetischen beweglichen Teil oder ein Lineargenerator mit einem äußeren feststehenden die Verlängerungshülse umschließenden Spulenkörper erreichen.

[0025] Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein distales Ende der Kolbenstange des Expansionskolbens in dem Hohlraum des Kompressionskolbens aufgenommen ist und daß das Expansionszylinderbauteil und das Kompressionszylinderbauteil in einer Linearführung bewegbar gelagert sind. Der hohle Kompressionskolben hat somit nur eine druckdichte Kolbenstangen-Öffnung auf der Seite, die dem Expansionskolben zugewandt ist. Der Zylinder, bestehend aus Expansions- und Kompressionszylinderbauteil, kann in einer Linearführung beweglich gelagert werden. Mit der Bewegung des Expansionskolbens gerät der Zylinder in Resonanz und kann nach außen bei völliger Druckdichtigkeit Arbeit verrichten. Bei dieser Ausführungsform bewegen sich mit dem Zylinder auch Erhitzer, Regeneratoren und Kühler, was für eine verbesserte Wärmeübertragung in den Erhitzern und Kühlern genutzt werden kann.

[0026] Bei einer bevorzugten Fortbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Kompressionskolben einen Hohlraum aufweist und daß die Kolbenstange des Expansionskolbens durch den Hohlraum hindurch gebildet ist, wobei in dem Hohlraum an der Kolbenstange des Expansionskolbens ein Magnetkolben mit Magnetmitteln angeordnet ist, die mit weiteren Magnetmitteln wechselwirken, und wobei gegenüberliegende Abschnitte der Magnetmittel und der weiteren Magnetmittel eine gleichartige magnetische Polung aufweisen. An Stelle des beschriebenen hydraulischen Antriebs mit dem Pufferkolben wird so ein phasenversetzter magnetischer Antrieb des Kompressionskolbens erreicht. Der Magnetkolben braucht im Kompressionskolben nicht abgedichtet zu werden. Auf diese Weise ist ein magnetischer Antrieb geschaffen. Der Antrieb des Kompressionskolbens erfolgt direkt über den Expansionskolben. Die Netto-Arbeit kann an der Kolbenstange des Expansionskolbens abgegriffen werden, ohne daß hierfür das übliche Getriebe benötigt wird. Mit Hilfe der Magnetmittel und der weiteren Magnetmittel läßt sich der notwendige Phasenversatz zwischen dem Expansionskolben und Kompressionskolben einfacher als bei der oben genannten Ausführungsform mit Pufferkolben im Kompressionskolben realisieren, da erst bei einem sehr geringen Abstand zwischen gegenüberliegenden Abschnitten der Magnetmittel und der weiteren Magnetmittel eine Abstoβungkraft so groß wird, daß die Bewegung des Kompressionskolbens eintritt. Die notwendigen Kompressionsdrücke können durch eine geeignete Auswahl der Magnetmittel und der weiteren Magnetmittel eingestellt werden.

[0027] Eine kompakte Bauweise des Heißgasmotors wird dadurch unterstützt, daß die weiteren Magnetmittel zumindest teilweise im Bereich von Stirnflächen des Kompressionskolben angeordnet sind.

[0028] Der Vorteil beim hydraulischen und magnetischen Antrieb des Kompressionskolbens gegenüber einem mechanischen liegt darin, daß die Kompressionskraft nicht über das Getriebe geleitet werden muß. An der Kolbenstange des Expansionskolbens kann folglich die Netto-Arbeit abgegriffen werden.

[0029] Eine effiziente Nutzung der zum Erhitzen des Expansionszylinderbauteils genutzten Energie ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, daß ein Kompakterhitzer vorgesehen ist, welcher einen als ungefügtes Bauteil ausgeführten zylindrischen Grundkörper mit einem Brennraum und einer Wärmeübertragungsfläche für Arbeitsgas umfaßt, wobei die Wärmeübertragungsfläche für Arbeitsgas in einer Oberflächenschicht des zylindrischen Grundkörpers spiralförmig gebildet ist. Durch die spiralförmige Flächenanordnung können platzsparende und strömungsgünstige Wärmeübertragungsbedingungen geschaffen. Um die Spiralgänge zu verschließen und die Anbindungen für das Arbeitsgas vorzusehen, können die Spiralgänge durch in und auf den zylindrischen Grundkörper geschrumpfte Hülsen, an denen die Gasanschlussstutzen befestigt sind, verschlossen werden. Eine Innenhülse, die gleichzeitig den Brennraum bildet, kann einseitig verschlossen sein und läßt unten einen definierten Spiralgangbereich der Rauchgasspirale frei, um eine Wendekammer für das Rauchgas auszubilden.

[0030] Vorteilhaft kann vorgesehen sein, daß im Bereich einer Oberfläche des zylindrischen Grundkörpers eine jeweilige Wärmeübertragungsfläche für Verbrennungsluft und Rauchgas spiralförmig gebildet ist.

[0031] Die Nutzung des Kompakterhitzers für zwei Arbeitsgase ist bei einer Fortbildung der Erfindung dadurch ermöglicht, daß die Wärmeübertragungsfläche für Arbeitsgas eine Arbeitsgaspirale für ein erstes Arbeitsgas und mindestens eine von der Arbeitsgasspirale hydraulisch getrennte weitere Arbeitsgasspirale für ein zweites Arbeitsgas umfaßt. Auf diese Weise kann ein einzelner Kompakterhitzer für den Betrieb der oben beschrieben Ausführungsformen der Heißgasmotoren genutzt werden.

[0032] Die Fertigung des Kompakterhitzers wird einer Weiterbildung der Erfindung dadurch erleichtert, daß die Wärmeübertragungsfläche für Arbeitsgas auf einem Außenumfang des zylindrischen Grundkörpers gebildet ist.

[0033] Zum Unterstützen einer platzsparenden Konstruktion des Kompakterhitzers kann bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, daß die Wärmeübertragungsfläche für Verbrennungsluft auf dem Außenumfang des zylindrischen Grundkörpers gebildet ist.

[0034] Eine optimierte Ausnutzung der Oberfläche des zylindrischen Grundkörpers ist bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung dadurch gewährleistet, daß die Wärmeübertragungsfläche für Rauchgas auf einen Innenumfang des zylindrischen Grundkörpers gebildet ist.

[0035] Zweckmäßig kann bei einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß die Wärmeübertragungsfläche für Arbeitsgas in einem Bereich um dem Brennraum herum und die Wärmeübertragungsfläche für Verbrennungsluft in einem Bereich oberhalb des Brennraums des zylindrischen Grundkörpers so angeordnet sind, daß in dem Brennraum erzeugte Wärmeenergie zunächst die Wärmeübertragungsfläche für Arbeitsgas und anschließend die Wärmeübertragungsfläche für Verbrennungsluft erhitzen kann. Hierdurch wird die mit Hilfe eines Brennstoffes im Brennraum erzeugte Wärmeenergie effizient beim Betrieb des Heißgasmotors genutzt.

[0036] Eine bevorzugte Fortbildung der Erfindung sieht vor, daß der zylindrischen Grundkörper mit Hilfe von zwei Grundkörperbauteilen ausgeführt ist, wobei die zwei Grundkörperbauteile mittels eines scheibenförmigen Lochbauteils verbunden sind und das scheibenförmige Lochbauteil einen Verbindungskanal zum Leiten von Verbrennungsluft in den Brennraum sowie einen Rauchgas-Verbindungskanal zum Verbinden von Wärmeübertragungsflächen für Rauchgas in den zwei Grundkörperbauteilen aufweist. Hierdurch ist es möglich, an einem der beiden Grundkörperbauteile eine durchgehende spiralförmige Wärmeübertragungsfläche für die Verbrennungsluft zu schaffen, die mittels Drehens geschaffen werden kann, so daß das aufwendige Fräsen der Wärmeübertragungsfläche eingespart wird.

[0037] Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:

Figur 1

eine schematische Darstellung eines Zwei-Zyklen-Heißgasmotors im Querschnitt;

Figur 2

eine schematische Darstellung eines Zwei-Zyklen-Heißgasmotors im Querschnitt, wobei ein Kompressionskolben einen Hohlraum aufweist;

Figur 3

den Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Figur 2, wobei ein Ende einer Kolbenstange eines Expansionskolbens in einer Verlängerungshülse aufgenommen ist;

Figur 4

eine schematische Darstellung eines Zwei-Zyklen-Heißgasmotors mit einer Linearführung im Querschnitt;

Figur 5

eine schematische Darstellung eines Zwei-Zyklen-Heißgasmotors mit magnetischem Antrieb im Querschnitt;

Figur 6

eine schematische Darstellung eines Zwei-Zyklen-Heißgasmotors, wobei eine Mittelachse eines Spiralerhitzers parallel zu einer Mittelachse eines Zylinders gebildet ist;

Figur 7

einen Kompakterhitzer;

Figur 8

den Kompakterhitzer nach Figur 7 im Schnitt entlang einer Linie AA' in Figur 7;

Figur 9

den Kompakterhitzer nach Figur 7 in Draufsicht;

Figur 10

einen weiteren Kompakterhitzer;

Figur 11

den weiteren Kompakterhitzer nach Figur 10 im Schnitt entlang einer Linie BB' in Figur 10;

Figur 12

den weiteren Komapaktserhitzer nach Figur 10 in Draufsicht; und

Figur 13

eine schematische Darstellung eines Zwei-Zyklen-Heißgasmotors.

[0038] Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Zwei-Zyklen-Heißgasmotors mit einem Zylindergehäuse 1. In dem Zylindergehäuse 1 sind ein Expansionskolben 2 in einem Expansionszylinderbauteil 3 und ein Kompressionskolben 4 in einem Kompresssionszylinderbauteil 5 angeordnet. Der Expansionskolben 2 und der Kompressionskolben 4 sind entlang einer gemeinsamen Mittellinie 6 hintereinander angeordnet. Das Expansionszylinderbauteil 3 und das Kompressionszylinderbauteil 5 sind über ein Verbindungsbauteil 7 miteinander verbunden, in welchem ein Kanal 8 gebildet ist. In dem Kanal 8 ist eine Kolbenstange 9 des Expansionskolbens 2 druckdicht geführt. Die Kolbenstange 9 des Expansionskolbens 2 erstreckt sich durch eine Öffnung 4a in den Kompressionskolben 4 hinein und durch den Kompressionskolben 4 und eine Kolbenstange 10 des Kompressionskolbens 4 hindurch.

[0039] Die Kolbenstange 10 des Kompressionskolbens 4 ist durch eine Öffnung 11 in dem Kompresssionszylinderbauteil 5 hindurch nach außen geführt. Die Durchführung der Kolbenstange 10 des Kompressionskolbens 4 und der hierin gelagerten Kolbenstange 9 des Expansionskolbens 2 aus dem Kompressionszylinderbauteil 5 heraus ist druckdicht. Die Kolbenstange 9 des Expansionskolbens 2 ist durch einen Durchbruch 10a in der Kolbenstange 10 geführt. An die Kolbenstange 9 des Expansionskolbens 2 und die Kolbenstange 10 des Kompressionskolbens 4 ist jeweils ein Pleuel 12, 13 gekoppelt, so daß die Kolbenstangen 9, 10 mit einer Kurbelwelle 14 verbunden sind.

[0040] Auf einer Unterseite 15 des Kompressionskolbens 4 und auf einer Unterseite 16 des Expansionskolbens 2 sind erste Gasräume GH1 bzw. GK1 gebildet. Die ersten Gasräume GH1, GK1 sind über einen ersten Verbindungskanal 17 verbunden. In den Verbindungskanal 17 integriert sind ein erster Erhitzer 18, ein erster Regenerator 19 und ein erster Kühler 20.

[0041] Auf einer Oberseite 21 des Kompressionskolbens 4 sowie auf einer Oberseite 22 des Expansionskolbens 2 sind zweite Gasräume GK2 bzw. GH2 geschaffen, die über einen zweiten Verbindungskanal 23 in Verbindung stehen. In dem zweiten Verbindungskanal 23 sind ein zweiter Erhitzer 24, ein zweiter Regenerator 25 und ein zweiter Kühler 26 angeordnet.

[0042] Bei dem in Figur 1 dargestellten Zwei-Zyklen-Heißgasmotor sind das Kompressionszylinderbauteil 5 und das Expansionszylinderbauteil 3 thermisch getrennt. Diese thermische Trennung erlaubt es, das Herausführen der Kolbenstangen 9 bzw. 10 auf der kalten Seite des Heißgasmotors im Bereich des Kompressionszylinderbauteils 5 zu realisieren, was Dichtungsprobleme, wie sie im Stand der Technik häufig auftreten, wesentlich lindert.

[0043] Das Expansionszylinderbauteil 3 und der Expansionskolben 2 können aus einem Hochtemperaturmaterial sein. Bei dieser Ausführung lassen sich mittels in einer Wandung 27 des Expansionszylinderbauteils 3 ausgebildeten Heatpipe- und Gas-Kanälen (in Figur 1 nicht dargestellt) die Gasräume GH1, GH2 gleichermaßen isotherm erhitzen. Das Kompressionszylinderbauteil 5 kann beispielsweise aus Duranglas sein. Der Kompressionskolben 4 kann zweckmäßig aus Graphit gefertigt werden.

[0044] Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Zwei-Zyklen-Heißgasmotors, bei dem für gleiche Merkmale die in Figur 1 verwendeten Bezugszeichen genutzt werden. Im Unterschied zum Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Figur 1 weist der Kompressionskolben 4 einen Hohlraum 30 auf. In dem Hohlraum 30 ist ein Pufferkolben 31 angeordnet, welcher an der Kolbenstange 9 des Expansionskolbens 2 gebildet ist. Mit Hilfe des Pufferkolbens 31 sind in dem Hohlraum 30 Pufferräume P1 und P2 geschaffen. Bei einer Bewegung des Expansionskolbens 2 wird das Arbeitsgas, welches sich in den Pufferräumen P1, P2 befindet verdichtet/entspannt, was zum Anstoßen einer Aufwärts- bzw. einer Abwärtsbewegung des Kompressionskolbens 4 führt. Auf diese Weise eilen die Gasräume GH1, GH2 den Gasräumen GK1, GK2 in definierter Weise voraus. Mit Hilfe von Magneten 32a-32d wird ein Anschlagen des Kompressionskolbens 4 am Gehäuse 33 des Kompressionszylinderbauteils 5 verhindert. Zu diesem Zweck weisen die Magnete 32a und 32b bzw. 32c und 32d jeweils eine entgegengesetzte magnetische Polung auf.

[0045] Aufgrund des Vorsehens des Pufferkolbens 31 kann bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform auf ein Getriebe zur Kopplung der Kolbenstange 9 des Expansionskolbens 2 an den Kompressionskolben 4 verzichtet werden. Die Kopplung wird mit Hilfe des Pufferkolbens 31 und der hierdurch entstehenden Pufferräume P1, P2 geschaffen. Gemäß Figur 2 ist die Kolbenstange 9 des Expansionskolbens 2 über einen Kreuzkopf 34 an das Pleuel 13 gekoppelt.

[0046] Figur 3 zeigt den Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Figur 2, wobei jedoch ein sich über das Kompressionszylinderbauteil 5 hinaus erstreckendes Ende 40 der Kolbenstange 9 des Expansionskolbens 2 in einer Verlängerungshülse 41 aufgenommen ist. Die Verlängerungshülse 41 ist druckdicht auf das Kompressionszylinderbauteil 5 aufgesetzt. Mit Hilfe einer Magnetkupplung 42 ist die Kolbenstange 9 des Expansionskolbens 2 an einen äußeren Führungskolben 43 gekoppelt, welcher in einem Zylinder 44 des Führungskolbens 43 gleitet. Der Führungskolben 43 wiederum steht mit dem Pleuel 13 in Verbindung. Der Führungskolben 43 kann zusammen mit seinem Zylinder 44 geschmiert werden und einem Ottomotor ähnlich ausgeführt sein.

[0047] Figur 4 zeigt einen anderen Zwei-Zyklen-Heißgasmotor, wobei für gleiche Merkmale die in Figuren 1 bis 3 verwendeten Bezugszeichen genutzt werden. Bei der Ausführungsform nach Figur 4 endet ein distales Ende 50 der Kolbenstange 9 des Expansionskolbens 2 an dem Pufferkolben 31. Im Unterschied zu den Ausführungsformen in den Figuren 1 bis 3 ist bei dem Heißgasmotor nach Figur 4 kein Herausführen der Kolbenstange 9 des Expansionskolbens 2 aus dem Kompressionszylinderbauteil 5 vorgesehen. Auf diese Weise ist das Zylindergehäuse 1 vollkommen geschlossen.

[0048] An dem Kompressionszylinderbauteil 5 ist eine Verlängerung 51 angebracht, die in einem Teil 52 einer Linearführung bewegbar gelagert ist. Die Verlängerung 51 ist über das Pleuel 13 mit der Kurbelwelle 14 verbunden. Ein weiteres Teil 53 der Linearführung ist im Bereich des Verbindungsbauteils 7 vorgesehen. Die Linearführung sorgt für eine geradlinige Bewegung des Zylindergehäuses 1. Zusammen mit dem Zylindergehäuse 1 bewegen sich der erste Kühler 18, der erste Regenerator 19, der erste Erhitzer 20, der zweite Kühler 24, der zweite Regenerator 25 und der zweite Erhitzer 26. Eine Impulsübertragung zum Anstoßen der Bewegung des Kompressionskolbens 4 erfolgt, wie dieses in Verbindung mit den Ausführungsformen nach den Figuren 2 und 3 beschrieben wurde, aufgrund der Gasverdichtung in den Pufferräumen P1, P2.

[0049] Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Zwei-Zyklen-Heißgasmotors mit einem Zylindergehäuse 100, einem Kompressionszylinderbauteil 101 und einem Expansionszylinderbauteil 102. In dem Kompressionszylinderbauteil 101 ist ein Kompressionskolben 103 angeordnet. In dem Expansionszylinderbauteil 102 ist ein Expansionskolben 104 gelagert. Das Kompressionszylinderbauteil 101 und das Expansionszylinderbauteil 102 sind über ein Verbindungsbauteil 105 verbunden, in welchem eine Kolbenstange 106 des Expansionskolbens 104 druckdicht gelagert ist. Zum Abdichten ist eine Dichtung 107 vorgesehen.

[0050] Wie bei den Ausführungsformen nach den Figuren 1 bis 4 sind beidseitig des Kompressionskolbens 103 und des Expansionskolbens 104 erste und zweite Gasräume GH1, GK1 bzw. GH2, GK2 gebildet. Die ersten und zweiten Gasräume GH1, GH2, GK1, GK2 verfügen jeweils über Anschlüsse 108, 109, 110 bzw. 111. Zwischen die Anschlüsse 108-111 sind gemäß den Erläuterungen zu den Figuren 1 bis 4 Erhitzer, Regeneratoren und Kühler (in Figur 5 nicht dargestellt) gekoppelt. Der Expansionskolben 104 wird mit Hilfe einer Kolbenbefestigungsmutter 112 an der Kolbenstange 106 gehalten. Zwischen einer Kolbenspannplatte 113 und der Kolbenbefestigungsmutter 112 ist eine Spannfeder 114 montiert. Eine weitere Kolbenspannplatte 115 ist mit Hilfe eines Befestigungsstifts 116 an der Kolbenstange 106 befestigt.

[0051] Im Unterschied zu der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 4 ist bei dem Heißgasmotor nach Figur 5 ein magnetischer Antrieb des Kompressionskolbens 103 vorgesehen. Der magnetische Antrieb umfaßt mehrere Magnetmittel 121, 122, 123. Die mehreren Magnetmittel 121-123 verfügen jeweils über scheibenförmige Polplatten 121a, 121b, 122a, 122b, 123a, 123b. Einander gegenüberliegende Polplatten, beispielsweise die Polplatten 122b und 123a weisen eine gleiche magnetische Polung auf, so daß Abstoßkräfte wirken, wenn sich die einander gegenüberliegenden Polplatten aufeinander zu bewegen. Die Abstoßkräfte entfalten eine große Kraftwirkung in der Regel jedoch erst bei tatsächlicher Annäherung der einander gegenüberliegenden Polplatten. Im Vergleich zu den Ausführungsformen nach den Figuren 2 bis 4 entfällt bei der Verwendung des magnetischen Antriebs die Notwendigkeit einer Abdichtung des Pufferkolbens 31 gegenüber dem Kompressionskolben 103, da der Anstoß zur Bewegung des Kompressionskolbens 103 nicht aufgrund einer Gasverdichtung in Pufferräumen P1, P2 (vgl. Figuren 2 bis 4), sondern durch die magnetische Abstoßkraft zwischen einander gegenüberliegenden Polplatten erfolgt. Magnetmittel 120, 124, die ebenfalls über Polplatten 120a, 124a verfügen, sind vorgesehen, um das Anschlagen des Kompressionskolbens 103 an dem Kompressionszylinderbauteil 101 zu verhindern.

[0052] Die Magnete 120-124 können mit Hilfe von Magnettrommeln mit ringförmig angeordneten Stabmagneten ausgeführt werden. Um die Kolbenstange 106 herum ist bei den Magneten 120, 121, 123 und 124 jeweils eine Dichtung 107, 126, 127, 128 angeordnet, um die Kolbenstange 106 druckdicht durch die Magnete 120, 121, 123, 124 zu führen. Auf diese Weise grenzen die Dichtungen 107, 126-128 die beiden Zyklen gegeneinander ab. Der Magnet 122 ist an der Kolbenstange 106 fixiert. Die Dichtungen 107, 126-128 sind beispielsweise aus Teflon.

[0053] Die Kolbenstange 106 des Expansionskolbens 104 ist aus einem nicht magnetischen und elektrisch schlecht leitenden Material, beispielsweise V4A-Stahl. Das Zylinderbauteil ist mehrteilig ausgeführt und wird mit Hilfe von Schraubverbindungen 129, 130, 131, 132 zusammengehalten.

[0054] In Figur 5 ist ein Hubweg S1 des Expansionskolbens 103 schematisch angedeutet. Über eine Veränderung einer hohlen Länge H1 des Kompressionskolbens 103 und einer hohlen Länge H2 des Kompressionszylinderbauteils 101 kann eine Anpassung derart erfolgen, daß der Hubweg S1 des Expansionskolbens 103 größer, gleich oder kleiner als ein Hubweg S2 des Kompressionskolbens 104 ist. Hierdurch können das Kompressionsverhältnis des Motors und die diskontinuierliche Kolbenbewegung des Kompresssionskolbens 103 beeinflußt werden.

[0055] Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Zwei-Zyklen-Heißgasmotors 200 mit einem Kompressionszylinderbauteil 201 und einem Expansionszylinderbauteil 202. Ein Kühler 203 weist eine mittlere Achse 204 auf, die im wesentlichen parallel zur mittleren Achse 205 eines weiteren Kühlers 206 angeordnet ist. Die Mittelachse 204 des Kühlers 203 und die Mittelachse 205 des weiteren Kühlers 206 sind im wesentlichen senkrecht zu einer Mittelachse 207 des Kompressionszylinderbauteils 201 und des Expansionszylinderbauteils 202. Eine Mittelachse 208 eines Regenerators 209 ist im wesentlichen parallel zu einer Mittelachse 210 eines weiteren Regenerators 211 und der Mittelachse 207 des Kompressionszylinderbauteils 201. In Figur 6 sind weiterhin zwei hintereinander liegende Erhitzerspiralen 212 und 213 gezeigt. Für Motoren mit kleiner Leistung lassen sich die zwei Erhitzerspiralen 212, 213 als Einrohrerhitzer oder als zylindrische Spaltrohrerhitzer ausführen. Hierdurch besteht die Möglichkeit, mit einem Brenner, welcher innerhalb der zwei hintereinanderliegenden Erhitzerspiralen 212, 213 angeordnet ist, die Gasräume beider Zyklen des Motors zu erhitzen. Auf diese Weise wird ein sonst notwendiger zweiter Brenner eingespart.

[0056] Figur 7 zeigt einen Kompakterhitzer 300, welcher in Verbindung mit beliebigen Heißgasmotoren verwendet werden kann, was bedeutet, daß der Kompakterhitzer 300 nicht nur im Zusammenhang mit den Zwei-Zyklen-Heißgasmotoren vorteilhaft einsetzbar ist, die in Verbindung mit den Figuren 1 bis 6 beschrieben wurden. Auch der Einsatz für Beta- und Gammamotoren ist vorteilhaft, sofern die Spiralanschlüsse der Motorgeometrie angepaßt werden können.

[0057] Der Kompakterhitzer 300 weist eine zylindrische Hülse 500 auf, an die ein Verbrennungsluftanschluß 302, ein erster Arbeitsgasanschluß 303, ein zweiter Arbeitsgasanschluß 304 sowie ein erster Arbeitsgasausgang 305 gebildet sind. Ein zweiter Arbeitsgasausgang befindet sich auf einer vom Betrachter der Figur 7 abgewandten Rückseite des Kompakterhitzers 300 und ist deshalb in Figur 7 nicht zu sehen. An einem unteren Ende 306 des Kompakterhitzers 300 ist ein Brenner 307 angeschlossen.

[0058] Figur 8 zeigt den Kompakterhitzer 300 nach Figur 7 im Schnitt entlang einer Linie AA' in Figur 7. Auf einem Außenumfang 308 eines zylindrischen Grundkörpers 301 ist spiralförmig eine Wärmeübertragungsfläche für Verbrennungsluft 309 in Form eines Kanals gebildet. Die spiralförmige Wärmeübertragungsfläche für Verbrennungsluft 309 steht mit dem Verbrennungsluftanschluß 302 in Verbindung. Die Verbrennungsluft gelangt über den Verbrennungsluftanschluß 302 in die spiralförmige Wärmeübertragungsfläche für Verbrennungsluft 309 und über ein Verbindungsrohr 310 in einen Brennraum 311, wo mittels des Brenners 307 ein Brennstoff verbrannt wird, um Brennwärmeenergie zu erzeugen. Es kann vorgesehen sein, dem Anschluß für Verbrennungsluft 302 einen Lüfter vorzuschalten, um die Verbrennungsluft mit einem vorbestimmten Druck einzuführen. Bei der Verbrennung in dem Brennraum 311 entsteht Rauchgas bzw. Abgas, was am unteren Ende des Brennraums 311 mit Hilfe eines Wendekammerblechs 312 in eine spiralförmige Wärmeübertragungsfläche für Rauchgas 313 überführt wird, die entlang eines Kanals gebildet ist und sich auf einem Innenumfang 314 des zylindrischen Grundkörpers 301 spiralförmig erstreckt. Über die spiralförmige Wärmeübertragungsfläche für Rauchgas 313 gelangt das Rauchgas zum Schornstein 315. Auf seinem Weg zum Schornstein 315 erwärmt das Rauchgas zunächst Arbeitsgas in Wärmeübertragungsflächen für Arbeitsgas 316, 317, die ebenfalls auf dem Außenumfang 308 des zylindrischen Grundkörpers 301 gebildet sind. Auf seinem weiteren Weg entlang der Wärmeübertragungsfläche für Rauchgas 313 erwärmt das Rauchgas dann Wärmeübertragungsfläche für Verbrennungsluft 309.

[0059] Figur 9 zeigt den Kompakterhitzer 300 nach Figur 7 in Draufsicht.

[0060] In den Figuren 10, 11 und 12 ist ein weiterer Kompakterhitzer 400 dargestellt, wobei für gleiche Merkmale die gleichen Bezugszeichen wie in Verbindung mit den Figuren 7, 8 und 9 verwendet werden. Der zylindrische Grundkörper 301 ist bei der Ausführungsform nach den Figuren 10 bis 12 von zwei Grundkörperbauteilen 401 und 402 gebildet, die in Figur 10 verdeckt sind. Die beiden Grundkörperbauteile 401 und 402 sind mittels eines Lochbauteils 403 miteinander verbunden. Gemäß Figur 11 ist in dem Lochbauteil 403 ein Verbrennungsluft-Verbindungskanal 404 vorgesehen, durch welchen die Verbrennungsluft aus der spiralförmigen Wärmeübertragungsfläche für Verbrennungsluft 309 in den Brennraum 311 gelangen kann. Der Verbrennungsluft-Verbindungskanal 404 übernimmt bei der Ausführungsform nach den Figuren 10 bis 12 somit die Funktion des Verbindungskanals 310 in Figur 8. Auf dem Innenumfang 314 der Grundkörperbauteile 401, 402 sind zwei Innenhülsen 510, 511 angeordnet.

[0061] Figur 12 zeigt den weiteren Kompakterhitzer 400 nach Figur 10 in Draufsicht.

[0062] Für Heißgasmotoren mit geringen Leistungen und Drehzahlen zwischen 100 und 500 U/min besteht die Möglichkeit, Einrohrerhitzer zu verwenden. Der in den Figuren 7 bis 9 gezeigte Kompakterhitzer 300 sowie der in den Figuren 10 bis 12 gezeigte weitere Kompakterhitzer 400 gehören zu dieser Art Einrohrerhitzer. Wesentlicher Grund für den Einsatz von Einrohrerhitzern ist die Tatsache, daß bei bereits gebauten Heißgasmotoren die Kosten für den Erhitzer die Gesamtsystemkosten maßgeblich beeinflussen.

[0063] Die spiralförmige Gestaltung der Wärmeübertragungsflächen bei dem Kompakterhitzer 300 sowie dem weiteren Kompakterhitzer 400 ist für eine Ausführung als Einrohrerhitzer geeignet. Aus heutiger Sicht ist eine Fertigung des Kompakterhitzers 300 und des weiteren Kompakterhitzers 400 aus einem Hochtemperatur-Metall eine vorteilhafte Lösung, wenn die Voraussetzungen einer hohen Temperaturbelastbarkeit, einer Zunderfestigkeit und einer ausreichenden Abdichtbarkeit der Anschlüsse gewährleistet sind.

[0064] Bei dem Kompakterhitzer 300 und dem weiteren Kompakterhitzer 400 kann der zylinderische Grundkörper 301 mit Hilfe einer Gußform gebildet werden, welche dann auch die spiralförmigen Wärmeübertragungsflächen aufweist. Hier sind geeignete Wandstärken und Formschrägen der spiralförmigen Kanäle zum Bilden der Wärmeübertragungsflächen zu berücksichtigen. Sofern eine Betriebstemperatur 600°C nicht übersteigt, ist eine Fertigung aus dem Einsatzwerkstoff SiMo-legiertes Gußeisen mit Kugelgraphit eine zweckmäßige Lösung. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den zylinderischen Grundkörper 301 mittels Drehens und/oder Fräsens der spiralförmigen Kanäle auf dem Innen- und dem Außenumfang 314, 308 auszubilden. Hierbei kann ein zylindrischer Hochtemperatur-Hohlstahl verwendet werden. Eine Außenhülse 500 wird aufgeschrumpft und verschließt die spriralförmigen Wärmeübertragungsflächen auf dem Außenumfang 308. Zum Abdecken der Wärmeübertragungsfläche für Rauchgas 313 wird die Innenhülse 510 eingeschrumpft. Die Hülse 500 wird mit den Anschlüssen 302-305 aufgeschrumpft. Die Verwendung des Schrumpfens ist möglich, weil bei dem Kompakterhitzer 300 und dem weiteren Kompakterhitzer 400 die Wärme des Brenners 307 stets von innen zugeführt wird. Die Dichtigkeit ist dann gewährleistet, da sich zunächst die Innenhülse 510, dann der zylinderische Grundkörper 301 und schließlich die Außenhülse 500 ausdehnen. Eine Abkühlung erfolgt von außen nach innen und ist somit hinsichtlich der Dichtheit der spiralförmigen Wärmeübertragungsflächen ebenfalls unkritisch.

[0065] Der Kompakterhitzer 300 und der weitere Kompakterhitzer 400 erlauben eine kompakte Bauform von Erhitzern, die für beliebige Heißgasmotoren verwendet werden können. Darüber hinaus ist bei der beschriebenen Ausgestaltung eine kostengünstige Herstellung ermöglicht. Es sind darüber hinaus günstige Wärmeübertragungsverhältnisse ausgebildet, wobei nur geringe Druckverluste auftreten. Die unter Bezugnahme auf die Figuren 7 bis 12 beschriebene Ausgestaltung der Wärmeüberleitunsgfläche für Arbeitsgas ermöglicht die Ausbildung von mindestens zwei Arbeitsgasräumen, die mit einem Brenner erhitzt werden. Der Einsatz von Hochtemperaturguß ist ermöglicht. Wenn der Kompakterhitzer 300 und der weitere Kompakterhitzer 400 in der in den Figuren 7, 8 bzw. 10, 11 dargestellten aufrechten Anordnung genutzt werden, ist eine direkte Weiterleitung des Rauchgases zum Schornstein ermöglicht.

[0066] Figur 13 zeigt eine schematische Darstellung eines Zwei-Zyklen-Heißgasmotors 500, der mit einer Arbeitsmaschine 600 verbunden ist, wobei für gleiche Merkmale die in den Figuren 1 bis 5 verwendeten Bezugszeichen genutzt werden. Zwei Membran-Primärseiten 601, 602 sind mit dem Arbeitsgas der Arbeitsmaschine 600 über zwei Gasleitungen 610, 611 hydraulisch verbunden und werden durch dessen Druckschwankung in Schwingung versetzt. Zwei Membran-Sekundärseiten 603, 604 sind als Pumpenarbeitsraum ausgebildet. Somit pumpt die Membran eine Flüssigkeit 605, indem bei Überdruck mindestens ein Auslaßventil 607 geöffnet und mindestens ein Einlaßventil 606 geschlossen und bei Unterdruck mindestens ein Auslaßventil 607 geschlossen und ein Einlaßventil 606 geöffnet wird.

[0067] Für diese Anwendung ist es vorteilhaft, daß der Zwei-Zyklen-Heißgasmotor 500 ein Motor ist, der mit seinen beiden Arbeitsgasräumen zwei hydraulisch getrennte Membranen 608, 609 oder verformbare Oberflächen mit 180° Phasenversatz in Schwingung versetzt. Auf diese Art kann die Arbeitsausbeute verdoppelt und eine Impulsglättung erreicht werden.

[0068] Bei dem Zwei-Zyklen-Heißgasmotor 500 können ohne mechanische Kraftfortleitung die Arbeitsgas-Druckschwankungen des Motors genutzt werden, um mindestens eine mit dem Arbeitsgas primärseitig im Druckverbund stehende Membran einer Arbeitsmaschine eines Antriebes oder die piezoelektrische Oberfläche eines Stromerzeugers in Schwingung zu versetzen. Zweckmäßig kann vorgesehen sein, daß die Arbeitsmaschine 600 eine doppelt wirkende Membranpumpe ist, deren Membran-Primärseiten mit dem Motorarbeitsgas hydraulisch verbunden sind und durch deren Druckschwankungen die Membranen in Schwingung versetzt werden.

[0069] In Verbindung mit dem Zwei-Zyklen-Heißgasmotor 500 kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß bei einem Stromerzeuger die verformbare Oberfläche eines piezoelektrischen Wandlers mit dem Motorarbeitsgas hydraulisch verbunden ist und durch dessen Druckschwankung zyklisch verformt wird.

[0070] Die in Verbindung mit Figur 13 beschriebene Nutzung des Zwei-Zyklen-Heißgasmotors 500 kann auch für die Motoren nach den Figuren 1 bis 6 vorgesehen sein.

[0071] Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.

Ansprüche

1. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor mit einem Expansionskolben (2; 104) in einem Expansionszylinderbauteil (3; 102) und einem Kompressionskolben (4; 103) in einem Kompressionszylinderbauteil (5; 101), dadurch gekennzeichnet, daß der Expansionskolben (2; 104) und der Kompressionskolben (4; 103) entlang einer gemeinsamen Mittelachse (6) angeordnet sind.

2. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Expansionskolben (2; 104) und der Kompressionskolben (4; 103) angeordnet sind, um beim Betrieb fluchtend hintereinander zu arbeiten.

3. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß erste Gasräume (GH1 bzw. GK1), die in dem Kompressionszylinderbauteil (5) auf einer Unterseite (15) des Kompressionskolbens (4) bzw. in dem Expansionszylinderbauteil (3) auf einer Unterseite (16) des Expansionskolbens (2) gebildet sind, über einen ersten Erhitzer (18), einen ersten Regenerator (19) und einen ersten Kühler (20) verbunden sind, und daß zweite Gasräume (GH2 bzw. GK2), die in dem Kompressionszylinderbauteil (5) auf einer Oberseite (21) des Kompressionskolbens (4) bzw. in dem Expansionszylinderbauteil (3) auf einer Oberseite (22) des Expansionskolbens (2) gebildet sind, über einen zweiten Erhitzer (24), einen zweiten Regenerator (25) und einen zweiten Kühler (26) verbunden sind.

4. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Expansionszylinderbauteil (3) und dem Kompressionszylinderbauteil (5) ein Kanal (8) gebildet ist, wobei in dem Kanal (8) eine Kolbenstange (9; 106) des Expansionskolbens (2) angeordnet ist, die druckdicht durch den Kanal (8) hindurch geführt ist.

5. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (8) in einem Verbindungsbauteil (7; 105) gebildet ist, welches zumindest einen Teilabschnitt des Expansionszylinderbauteils (3; 102) und zumindest einen Teilabschnitt des Kompressionszylinderbauteils (5; 101) umfaßt.

6. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (9; 106) des Expansionskolbens (2; 104) bewegbar durch eine Bohrung (4a) in dem Kompressionskolben (4; 103) in den Kompressionskolben (4; 103) eingeführt ist.

7. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (9; 106) des Expansionskolbens (2; 104) bewegbar durch den Kompressionskolben (4; 103) hindurch geführt ist.

8. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstange (9; 106) des Expansionskolbens (2; 104) bewegbar durch eine Bohrung (11) in einem Gehäuse des Kompressionszylinderbauteils (5; 101) hindurch geführt ist.

9. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine an dem Kompressionskolben (4) angebrachte Kolbenstange (10) einen Durchbruch (10a) aufweist, wobei die Kolbenstange (9) des Expansionskolbens (2) durch den Durchbruch (10a) hindurch geführt ist.

10. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Kompressionskolben (4) angebrachte Kolbenstange (10) druckdicht durch die Bohrung (11) im Gehäuse des Kompressionszylinderbauteils (5) hindurch geführt ist.

11. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionskolben (4; 103) einen Hohlraum (30) aufweist, in welchem ein an der Kolbenstange (9) des Expansionskolbens (2; 104) befestigter Pufferkolben (31) bewegbar angeordnet ist, so daß in dem Hohlraum (30) zwei Pufferräume (P1, P2) gebildet sind.

12. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Pufferräume (P1, P2) in dem Hohlraum (30) so gebildet sind, daß eine Bewegung des Expansionskolbens (2; 104) und des hieran befestigten Pufferkolbens (31) in dem Hohlraum (30) zu einer Gasverdichtung/Gasentspannung eines Arbeitsgases in den zwei Pufferräumen (P1, P2) führt, um eine Bewegung des Kompressionskolbens (4; 103) zu bewirken.

13. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich über das Kompressionszylinderbauteil (5) hinaus erstreckender Abschnitt (40) der Kolbenstange (9) des Expansionskolbens (2) in einem abgedichteten Innenraum einer Verlängerungshülse (41) aufgenommen ist, wobei die Verlängerungshülse (41) außen an dem Kompressionszylinderbauteil (5) angebracht ist.

14. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Druckschwankungen des Arbeitsgases genutzt werden, um mindestens eine mit dem Arbeitsgas primärseitig im Druckverbund stehende Membran einer Arbeitsmaschine, eines Antriebs oder eine piezoleketrische Oberfläche eines Stromerzeugers in Schwingung zu versetzen.

15. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das die Arbeitsmaschine eine doppeltwirkende Membranpumpe (600) ist, deren Membran-Primärseiten (601, 602) mit dem Arbeitsgas hydraulisch verbunden sind und durch deren Druckschwankungen die Membranen (608, 609) in Schwingung versetzt werden.

16. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß Sekundärseiten der Membranpumpe (600) als Pumpenarbeitsräume ausgeführt sind und die Membran eine Flüssigkeit pumpt, indem bei einem Überdruck mindestens ein Auslaßventil (607) geschlossen und ein Einlaßventil (606) geöffnet wird.

17. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein distales Ende (50) der Kolbenstange (9) des Expansionskolbens (2) in dem Hohlraum (30) des Kompressionskolbens (4) aufgenommen ist und daß das Kompressionszylinderbauteil (5) und das Expansionszylinderbauteil (3) in einer Linearführung (52, 53) bewegbar gelagert sind.

18. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionskolben (103) einen Hohlraum (30) aufweist, wobei in dem Hohlraum (30) an der Kolbenstange (106) des Expansionskolbens (104) ein Magnetkolben mit Magnetmitteln (122) angeordnet ist, die mit weiteren Magnetmitteln (121, 123) wechselwirken, und wobei gegenüberliegende Abschnitte (121b, 122a; 122b, 123a) der Magnetmittel (122) und der weiteren Magnetmittel (121, 123) eine gleichartige magnetische Polung aufweisen.

19. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Magnetmittel (121, 123) zumindest teilweise im Bereich von Stirnflächen des Kompressionskolbens (103) angeordnet sind.

20. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kompakterhitzer (300; 400), welcher einen als ungefügtes Bauteil ausgeführten zylindrischen Grundkörper (301) mit einem Brennraum (311) und einer Wärmeübertragungsfläche für Arbeitsgas umfaßt, wobei die Wärmeübertragungsfläche für Arbeitsgas in einer Oberflächenschicht des zylindrischen Grundkörpers (301) spiralförmig gebildet ist.

21. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer Oberfläche des zylindrischen Grundkörpers (301) eine jeweilige Wärmeübertragungsfläche für Verbrennungsluft und Rauchgas spiralförmig gebildet ist.

22. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungsfläche für Arbeitsgas eine Arbeitsgaspirale für ein erstes Arbeitsgas und mindestens eine von der Arbeitsgasspirale hydraulisch getrennte weitere Arbeitsgasspirale für ein zweites Arbeitsgas umfaßt.

23. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach Anspruch 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungsfläche für Arbeitsgas auf einem Außenumfang (308) des zylindrischen Grundkörpers (301) gebildet ist.

24. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungsfläche für Verbrennungsluft auf dem Außenumfang (308) des zylindrischen Grundkörpers (301) gebildet ist.

25. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungsfläche für Rauchgas auf einem Innenumfang (314) des zylindrischen Grundkörpers (301) gebildet ist.

26. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragungsfläche für Arbeitsgas in einem Bereich um dem Brennraum (311) herum und die Wärmeübertragungsfläche für Verbrennungsluft in einem Bereich oberhalb des Brennraums (311) des zylindrischen Grundkörpers (301) so angeordnet sind, daß in dem Brennraum (311) erzeugte Wärmeenergie zunächst die Wärmeübertragungsfläche für Arbeitsgas und anschließend die Wärmeübertragungsfläche für Verbrennungsluft erhitzen kann.

27. Zwei-Zyklen-Heißgasmotor nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Grundkörper (301) mit Hilfe von zwei Grundkörperbauteilen (401; 402) ausgeführt ist, wobei die zwei Grundkörperbauteile (401; 402) mittels eines scheibenförmigen Lochbauteils (403) verbunden sind und das scheibenförmige Lochbauteil (403) einen Verbindungskanal (404) zum Leiten von Verbrennungsluft in den Brennraum (311) sowie einen Rauchgas-Verbindungskanal (405) zum Verbinden von Wärmeübertragungsflächen für Rauchgas in den zwei Grundkörperbauteilen (401; 402) aufweist.

Zeichnung